این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد

چکیده

شناسايي مقدار و محل خرابی در سازه ها بسیار حائز اهمیت است. با استفاده از روش هاي شناسایی خرابی در سازه ها می توان موقعیت خرابی را شناسايي و با انجام اقدامات ترمیمی لازم، از گسترش آسیب جلوگیری نموده و عمر سازه را افزايش داد. در این پایان نامه، ابتدا مسئله تعیین موقعیت و شدت خرابی در سازه به شکل یک مسئله بهینه سازی بیان مي شود. بدین صورت که با استفاده از شتاب های سازه آسيب ديده و شتاب های تحلیلی که از روش نیومارک بدست می­آیند، تابع هدف در بهينه سازي تعريف مي شود. خرابی به صورت کاهش مدول الاستیسته اعضای سازه شبیه سازی می­شود. سپس مسئله خرابي که تبدیل به یک مسئله بهینه سازی شده است را با الگوریتم تکامل تفاضلی حل نموده تا موقعيت و شدت دقیق خرابی در سازه تعيين شود. بمنظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، تعدادی مثال عددی و یک مثال آزمایشگائی ارائه شده است. در این مطالعه تنها از دو حساسه[1] در مدل­های تئوری و آزمایشگاهی استفاده شده و با استفاده از تنها دو درجه آزادی از پاسخ­های حوزه زمان توانستیم نشان دهیم که کارایی روش پیشنهادی جهت تعیین دقیق مکان و شدت خرابی با در نظر گرفتن اثر نویز بسیار خوب می­باشد.

واژه های کلیدی: شناسایی خرابی، پاسخ های حوزه زمان، بهینه سازی، الگوریتم تکامل تفاضلی

فهرست مطالب

            فصل اول: کلیات.. 1

1-1      مقدمه.. 2

1-2      سابقه تحقیق.. 3

1-3      تعریف مسئله.. 5

1-4      فرضیات تحقیق.. 6

1-5      اهداف پیش‌بینی‌شده در این پایان‌نامه.. 6

1-6      ساختار پایان‌نامه.. 7

            فصل دوم : شناسایی آسیب در سازه‌ها.. 8

2-1      مقدمه.. 9

2-2      اهمیت آشکارسازی آسیب در سازه‌ها.. 9

2-3      تعریف آسیب در سازه‌ها.. 10

2-4      اشکال مختلف آسیب در سازه‌ها.. 11

2-5      روش‌های شناسایی آسیب در سازه‌ها.. 12

2-6      آشکارسازی خرابی با استفاده از داده‌های دینامیکی.. 15

2-6-1   آشکارسازی آسیب با استفاده از فرکانس‌های طبیعی.. 17

2-6-2   روشهای مبتنی بر بررسی تغییرات شکل مود.. 24

2-6-3   شناسایی آسیب با روش سختی.. 26

2-6-4   آشکارسازی آسیب با استفاده از روش نرمی.. 28

2-6-5   روش انرژی کرنشی مودال.. 31

2-6-6   آشکارسازی خرابی با استفاده از پاسخ فرکانسی.. 35

 فصل سوم : مطالعه حاضر.. 37

3-1      مقدمه.. 38

3-2      کاربرد پاسخ در حوزه زمان جهت شناسایی خرابی.. 39

3-3      معرفی روابط اجزاء محدود.. 42

3-3-1   المان تیر.. 42

3-3-2   المان قاب.. 43

3-4      شناسایی خرابی با روش بهینه‌سازی.. 46

3-4-1   تابع هدف.. 46

3-4-2   الگوریتم تکامل تفاضلی.. 47

3-5      مراحل اجرای روش شناسایی خرابی پیشنهادی.. 49

 فصل چهارم : مثال های عددی و تجزیه وتحلیل نتایج.. 51

4-1      مقدمه.. 52

4-2      بررسی نتایج عددی بدون درنظرگرفتن اثر نویز.. 53

4-2-1   تیر طره 15 المانی.. 53

4-2-2   تیر طره 20 المانی.. 58

4-2-3   تیر با دو تکیه گاه ساده24 المانی.. 63

4-2-4   قاب 15 المانی.. 68

4-3      بررسی نتایج با اعمال نویز اندازه‌گیری.. 73

4-3-1   تیر طره 15 المانی.. 74

4-3-2   تیر طره 20 المانی.. 79

4-3-3   تیر با دو تکیه گاه ساده24 المانی.. 84

4-3-4   قاب 15 المانی.. 88

4-4      نتایج آزمایشگاهی.. 93

4-4-1   بررسی مثال آزمایشگاهی.. 95

            فصل پنج: نتایج و پیشنهادات.. 100

5-1      مقدمه.. 101

5-2      نتيجه­گيري.. 101

5-3      پیشنهادات.. 101

 منابع..........................................................................................................................................................107

فهرست جداول

جدول ‏4‑1 پارامترهای  مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 53

جدول ‏4‑2 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به تیر طره 15 المانی.. 54

جدول ‏4‑3 پارامترهای  مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 58

جدول ‏4‑4 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به تیر طره 20 المانی.. 59

جدول ‏4‑5 پارامترهای  مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 64

جدول ‏4‑6 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به تیرساده 24 المانی.. 65

جدول ‏4‑7 پارامترهای  مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 69

جدول ‏4‑8 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به قاب 15 المانی.. 70

فهرست اشکال

شکل ‏1‑1 نیروی اعمالی و شتاب‌های به‌دست‌آمده.. 6

شکل ‏3‑1 پاسخ های شتاب در سازه سالم و خراب در کل بازه.. 41

شکل ‏3‑2 پاسخ های شتاب در سازه سالم و خراب در بازه 0.1 تا 0.2   41

شکل ‏3‑3 پاسخ های شتاب در سازه سالم و خراب در بازه 0.3 تا 0.5   42

شکل ‏3‑4 قطعه تیر همراه با نیروها جابجایی‌ها درمختصات گرهی.. 43

شکل ‏3‑5 المان قاب وجابجایی‌ها درمختصات گرهی.. 44

شکل ‏3‑6 فرایند عمومی الگوریتم تکامل تفاضلی.. 47

شکل ‏3‑7 بار وارد شده به سازه.. 50

شکل ‏3‑8 نیروی اعمالی و شتاب‌های به‌دست‌آمده.. 50

شکل ‏4‑1 مدل تیر طره با اعمال آسیب‌دیدگی به اعضای 4 و 12.. 54

شکل ‏4‑2 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی   55

شکل ‏4‑3 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی.. 55

شکل ‏4‑4  پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2در تیر 15 المانی   56

شکل ‏4‑5 : نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در تیر 15 المانی.. 56

شکل ‏4‑6 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3  در تیر 15 المانی   57

شکل ‏4‑7 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3  در تیر 15 المانی.. 57

شکل ‏4‑8  مدل تیر طره 20 المانی.. 59

شکل ‏4‑9 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر20المانی.. 59

شکل ‏4‑10 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1  در تیر20المانی.. 60

شکل ‏4‑11 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر20المانی   60

شکل ‏4‑12 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2  در تیر20المانی.. 61

شکل ‏4‑13 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3  در تیر20المانی   61

شکل ‏4‑14 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3  در تیر20المانی.. 62

شکل ‏4‑15 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 4 در تیر20المانی   62

شکل ‏4‑16 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی4  در تیر20المانی.. 63

شکل ‏4‑17 مدل تیر با تکیه ساده به همراه سطح مقطع آن.. 63

شکل ‏4‑18 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر24المانی.. 65

شکل ‏4‑19 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1  در تیر24المانی.. 66

شکل ‏4‑20 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر24المانی   66

شکل ‏4‑21 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2  در تیر24المانی.. 67

شکل ‏4‑22 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3  در تیر24المانی   67

شکل ‏4‑23  نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3  در تیر24المانی.. 68

شکل ‏4‑24 مدل قاب 15المان.. 69

شکل ‏4‑25 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی   70

شکل ‏4‑26 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی.. 71

شکل ‏4‑27 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی   71

شکل ‏4‑28 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی.. 72

شکل ‏4‑29 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی   72

شکل ‏4‑30 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی.. 73

شکل ‏4‑31  پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 75

شکل ‏4‑32  نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 75

شکل ‏4‑33  پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2در تیر 15 المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 76

شکل ‏4‑34 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در تیر 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 76

شکل ‏4‑35  پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3  در تیر 15 المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 77

شکل ‏4‑36  نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3  در تیر 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 77

شکل ‏4‑37  بررسي پارامتر F در نحوه همگرايي تیرطره 15 الماني.. 78

شکل ‏4‑38 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر20المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 79

شکل ‏4‑39  نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1  در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 80

شکل ‏4‑40 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 80

شکل ‏4‑41  نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2  در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 81

شکل ‏4‑42  پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3  در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 81

شکل ‏4‑43  نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3  در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 82

شکل ‏4‑44 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 4 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 82

شکل ‏4‑45 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی4  در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 83

شکل ‏4‑46 بررسي پارامتر CR در نحوه همگرايي تیرطره 20 الماني.. 84

شکل ‏4‑47 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 85

شکل ‏4‑48 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1  در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 85

شکل ‏4‑49 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 86

شکل ‏4‑50 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2  در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 86

شکل ‏4‑51 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3  در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 87

شکل ‏4‑52 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3  در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 87

شکل ‏4‑53 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 88

شکل ‏4‑54 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 89

شکل ‏4‑55 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 89

شکل ‏4‑56 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 90

شکل ‏4‑57 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 90

شکل ‏4‑58 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 91

شکل ‏4‑59 نیروی سینوسی وارده به سازه.. 92

شکل ‏4‑60 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نیروی سینوسی و نویز اندازه‌گیری3%.. 92

شکل ‏4‑61 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نیروی سینوسی و نویز اندازه‌گیری3%.. 92

شکل ‏4‑62 تکیه گاه گیر دار مدلسازی شده در آزمایشگاه.. 93

شکل ‏4‑63 حساسه­های مورد استفاده در آزمایشگاه.. 94

شکل ‏4‑64 دستگاه تست مودال به همراه چکش ضربه.. 94

شکل ‏4‑65 نتایج حاصله از ضربه چکش و برداشت حساسه ها در نرم افزار   95

شکل ‏4‑66 خرابی ایجاد شده بر روی تیر آزمایشگاهی.. 96

شکل ‏4‑67 محل اثر ضربه و محل قرار گیری حساسه ها.. 96

شکل ‏4‑68 چکش به همراه سه سر آن.. 97

شکل ‏4‑69 برداشت شتاب توسط نرم افزار.. 98

شکل ‏4‑70 شبیه سازی تکیه گاه همانند فنر.. 99

شکل ‏4‑71 پیش‌بینی محل خرابی برای خرابی در تیرطره 10 المانی در آزمایشگاه   99

1- Sensor