فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

شناسایی تعداد ترک با رفتار دو خطی در سازه‌های قابی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
پیمان داوری 1
کارن خانلری 2
محسن غفوری آشتیانی 3
محمود حسینی 4
1 دانشجوی دکتری مهندسی سازه، گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استادیار گروه مهندسی عمران، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 استاد، پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران
4 دانشیار، پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران
10.48303/bese.2021.246529
چکیده
در این تحقیق، یک روش نوآورانه برای شناسایی تعداد ترک‌های تنفسی بدون نیاز به اطلاعات سازه اولیه توسعه داده شده است. برای مدل‌سازی سازه‌های خسارت‌دیده در نرم‌افزار MATLAB، یک برنامه تحلیل دینامیکی غیرخطی با قابلیت مدل‌سازی ترک‌های دو خطی کد نویسی گردید. مدل‌سازی ترک‌های تنفسی با استفاده از روش نرمی و مفهوم خمیدگی اعضا انجام گرفت و به‌منظور تعیین حالت باز یا بسته بودن ترک در هر لحظه ارتعاش، شاخصی بر اساس خمیدگی لحظه‌ای هر عضو تعریف شد. به دلیل باز و بسته شدن ترک‌ها، فرکانس قاب به‌طور مداوم در طول زمان ارتعاش تغییر می‌کند اگر فقط یک ترک در سازه وجود داشته باشد، دو مقدار فرکانس در طول ارتعاش به دست می‌آید. واضح است که یک فرکانس مربوط به زمانی است که ترک باز و فرکانس دیگر مربوط به زمانی است که ترک بسته است. با افزایش تعداد ترک‌ها، تعداد باندهای فرکانسی ارتعاش نیز به‌صورت غیرخطی افزایش می‌یابد. در این تحقیق از این ویژگی برای تعیین تعداد نقاط آسیب‌دیده در سازه استفاده شده است. با رسم فرکانس‌های مرتب شده ارتعاش، نقاط با فرکانس‌های یکسان در یک خط مشخص قرار می‌گیرند و یک پله فرکانسی را تشکیل می‌دهند. بین تعداد پله‌های فرکانس و تعداد نقاط ترک‌خورده رابطه معنی‌داری وجود دارد. با استفاده از سناریوهای مختلف ترک‌خوردگی در ساختمان‌های یک، دو و پنج طبقه، رابطه‌ی بین تعداد پله‌های فرکانس و تعداد ترک‌ها به دست آمد. اثر شدت و توزیع ترک‌خوردگی در سه حالت مختلف مورد بررسی قرار گرفت. حالت اول شامل 20 سناریوی مختلف ترک‌خوردگی با ترک‌هایی به عمق 0/1 ارتفاع مقطع و توزیع تصادفی، حالت دوم 20 سناریوی مختلف ترک‌خوردگی با ترک‌هایی به عمق 0/3 ارتفاع مقطع و با توزیع تصادفی و حالت سوم 20 سناریوی مختلف ترک‌خوردگی با ترک‌هایی با عمق و توزیع تصادفی در نظر گرفته شدند. میانگین و انحراف استاندارد تعداد پله‌های فرکانسی به دست آمد. این مطالعه نشان می‌دهد که تغییرات تعداد پله‌های فرکانسی برحسب تعداد ترک در سازه‌های مختلف مشابه است.
کلیدواژه‌ها
پایش سلامت سازه‌ها
مدل‌سازی ترک
شناسایی ترک تنفسی
روش‌های به‌روزرسانی

موضوعات

  1. Barad, K.H., Sharma, D. and Vyas, V. (2013) Crack detection in cantilever beam by frequency based method. Procedia Engineering, 51, 770-775.
  2. Bouboulas, A. and Anifantis, N. (2011) Finite element modeling of a vibrating beam with a breathing crack: Observations on crack detection. Structural Health Monitoring, 10(2), 131-145.
  3. Caddemi, S. and Caliò, I. (2013) The exact explicit dynamic stiffness matrix of multi-cracked euler–bernoulli beam and applications to damaged frame structures. Journal of Sound and Vibration, 332(12), 3049-3063.
  4. Caddemi, S. and Caliò, I. (2014) Exact reconstruction of multiple concentrated damages on beams. Acta Mechanica, 225(11), 3137-3156.
  5. Caddemi, S., Caliò, I., Cannizzaro, F., and Rapicavoli, D. (2013) A novel beam finite element with singularities for the dynamic analysis of discontinuous frames. Archive of Applied Mechanics, 83(10), 1451-1468.
  6. Caddemi, S. and Morassi, A. (2013) Multi-cracked euler–bernoulli beams: Mathematical modeling and exact solutions. International Journal of Solids and Structures, 50(6), 944-956.
  7. Cao, M., Radzienski, M., Xu, W., and Ostachowicz, W. (2014) Identification of multiple damage in beams based on robust curvature mode shapes. Mechanical Systems and Signal Processing, 46(2), 468-480.
  8. Eroglu, U. and Tufekci, E. (2016) Exact solution based finite element formulation of cracked beams for crack detection. International Journal of Solids and Structures, 96, 240-253.
  1. Giannini, O., Casini, P., and Vestroni, F. (2013) Nonlinear harmonic identification of breathing cracks in beams. Computers and Structures, 129, 166-177.
  2. Hakim, S., Razak, H.A., and Ravanfar, S. (2015) Fault diagnosis on beam-like structures from modal parameters using artificial neural networks. Measurement, 76, 45-61.
  3. Kisa, M. (2012) Vibration and stability of axially loaded cracked beams. Structural Engineering and Mechanics, 44(3), 305-323.
  4. Labib, A., Kennedy, D., and Featherston, C. (2014) Free vibration analysis of beams and frames with multiple cracks for damage detection. Journal of Sound and Vibration, 333(20), 4991-5003.
  5. Labib, A., Kennedy, D., and Featherston, C. (2015) Crack localisation in frames using natural frequency degradations. Computers and Structures, 157, 51-59.
  6. Lu, Z. and Liu, J. (2012) Vibration analysis of a cracked beam with axial force and crack identification. Smart Structures and Systems, 9(4), 355-371.
  7. Maghsoodi, A., Ghadami, A., and Mirdamadi, H.R. (2013) Multiple-crack damage detection in multi-step beams by a novel local flexibility-based damage index. Journal of Sound and Vibration, 332(2), 294-305.
  8. Mehrjoo, M., Khaji, N., and Ghafory-Ashtiany, M. (2013) Application of genetic algorithm in crack detection of beam-like structures using a new cracked euler–bernoulli beam element. Applied Soft Computing, 13(2), 867-880.
  9. Mehrjoo, M., Khaji, N., and Ghafory-Ashtiany, M. (2014) New timoshenko-cracked beam element and crack detection in beam-like structures using genetic algorithm. Inverse Problems in Science and Engineering, 22(3), 359-382.
  10. Montanari, L., Spagnoli, A., Basu, B., and Broderick, B. (2015) On the effect of spatial sampling in damage detection of cracked beams by continuous wavelet transform. Journal of Sound and Vibration, 345, 233-249.
  11. Neves, A., Simões, F., and da Costa, A.P. (2016) Vibrations of cracked beams: Discrete mass and stiffness models. Computers & Structures, 168, 68-77.
  12. Ng, C.-T. (2014) Bayesian model updating approach for experimental identification of damage in beams using guided waves. Structural Health Monitoring, 13(4), 359-373.
  13. Al-Shudeifat, M.A. and Butcher, E.A. (2011) New breathing functions for the transverse breathing crack of the cracked rotor system: Approach for critical and subcritical harmonic analysis. Journal of Sound and Vibration, 330(3), 526-544.
  14. Yan, G., De Stefano, A., Matta, E., and Feng, R. (2013) A novel approach to detecting breathing-fatigue cracks based on dynamic characteristics. Journal of Sound and Vibration, 332(2), 407-422.
  15. Rezaee, M. and Hassannejad, R. (2010) Free vibration analysis of simply supported beam with breathing crack using perturbation method. Acta Mechanica Solida Sinica, 23(5), 459-470.
  16. Friswell, M.I. and Penny, J.E. (2002) Crack modeling for structural health monitoring. Structural Health Monitoring, 1(2), 139-148.
  17. Sinha, J., Friswell, M., and Edwards, S. (2002) Simplified models for the location of cracks in beam structures using measured vibration data. Journal of Sound and Vibration, 251(1), 13-38.
  18. Dolatabadi, P., Khanlari, K., Ghafory-Ashtiany, M., and Hosseini, M. (2018) Sensitivity of beam-column element stiffness matrix to the crack parameters. Journal of Vibroengineering. 20(4), 1708-1719.

  • تاریخ دریافت 05 اسفند 1397
  • تاریخ بازنگری 11 مهر 1400
  • تاریخ پذیرش 28 اردیبهشت 1398