شناسایی عیوب لوله‌های حامل سیال با استفاده از روش ردگیری اندرکنش دینامیکی بار متحرک خارجی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

2 استاد، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

3 استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز

4 استادیار، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

لوله‌های حامل سیال در زمینه‌های مختلف از جمله صنایع پتروشیمی، نفت، گاز، خطوط انتقال در سازه‌های هیدرولیکی به کار گرفته می‌شود. در آسیب‌های ناشی از ارتعاش مخرب لوله‌هایی که اجزای یک نیروگاه یا دیگر تأسیسات صنعتی را به یکدیگر مرتبط می‌نمایند، یکی از دلایل اصلی در از بین رفتن زمان تولید، خرابی و درنهایت آتش‌سوزی در تأسیسات صنعتی به شمار می‌رود. بنابراین حصول به روشی به‌عنوان شناسایی خرابی در لوله‌های حامل سیال از ضرورت ویژه‌ای برخوردار است. هدف از انجام این پژوهش، ابتدا بررسی اثر جریان داخلی سیال بر مشخصه‌های ارتعاشی یک لوله در قالب روش‌های تئوری می‌باشد. سپس به‌منظور تحلیل ارتعاش اجباری لوله حامل سیال، اثر عبور بار متحرک خارجی مدنظر قرار می‌گیرد و در ادامه روشی برای شناسایی خرابی در لوله‌ها مبتنی بر روش الگوریتم فازی-ژنتیک پیشنهاد می‌گردد. در ابتدا، دستگاه معادلات دینامیکی سیستم یک لوله حامل سیال، همراه با بار متحرک خارجی که شامل برهم‌کنش سه‌گانه میان لوله و سیال و بار متحرک مدل‌سازی می‌شود و سپس بعد از حل معادله ارتعاشی سیستم، تاریخچه زمانی شتاب از نقطه میانی لوله برداشت می‌شود. سیگنال‌های به دست آمده شتاب، با استفاده از روش تبدیل فوریه از قلمرو زمان به قلمرو فرکانس انتقال داده می‌شوند که این فرکانس‌ها به‌عنوان ویژگی برای روشی جدید بر مبنای الگوریتمی فازی-ژنتیک برای یافتن آسیب در لوله دو سر مفصل مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش معرفی‌شده قادر به شناسایی محل و میزان آسیب در لوله می‌باشد. این الگوریتم برای پیدا کردن مکان آسیب در طول لوله طراحی شده که قادر به یافتن مکان آسیب از روی الگوی تغییرات فرکانسی لوله بین حالت سالم و معیوب لوله است و برای پیدا کردن مقدار آسیب نیز از تغییرات کمی فرکانس بهره گرفته شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Damage Detection in Fluid-Conveying Pipe Using Dynamic Interaction Tracking of Moving Load Method

نویسندگان [English]

  • Mehdi Koohdaragh 1
  • Mohamad Ali Lotfollahi Yaghin2 2
  • Mir Mohamad Ettefagh 3
  • Alireza Mojtahedi 4
1 Ph.D. Student in Hydraulic Structures Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
2 Professor, Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz
3 Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz
4 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده [English]

Fluid conveying pipe used in different fields such as petrochemical, oil, gas, hydraulic structures in transmission lines.The damage caused by vibrations damaging pipes or other components of a power plant industrial plants are related to each other, one of the main reasons for the loss of production time is considered damage and ultimately fires in industrial plants. So make a way as to identify damage in the fluid conveying pipe is of particular importance.The purpose of this study, the effect of the fluid inside the pipe vibration characteristic is a theoretical approach.Then for forced vibration analysis of fluid pipe considered passes through the external moving oscillator. And then a method to detect damage in pipes recommended based on fuzzy-genetic algorithm. First, fluid conveying pipe dynamic equations, modeled interaction between external moving, pipe and fluid then solving vibration system, acceleration time history extracted from midpoint of pipe. Subsequently, a new method of damage detection in simply supported pipe is introduced based on fuzzy-genetic algorithm. The new method is capable of identifying the location and severity of the damage. This algorithm is developed to detect the damage location along the beam, which can detect the damage location based on the pattern of beam frequency variations between undamaged and damaged states. The severity of damage is assessed based on quantitative variations in frequencies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Damage detection
  • Fuzzy-genetic algorithm
  • EMD
  • STFT
  • Fluid conveying pipe
[1] Montalvao, D., Maia, N.M.M., Ribeiro, M.R; ‘‘A review of vibration-based structural health monitoring with special emphasis on composite materials’’; Shock and Vibration Digest 38 No.4, pages 295–324, 2006.

[2] Araki, Y., and Miyagi, Y; ‘‘Mixed integer nonlinear least-squares problem for damage detection in truss structures’’; Journal of Engineering Mechanics 131, No. 7, pages 659–667, 2005.

[3] Ge, M. and Lui, E; ‘‘Structural damage identification using system dynamic properties’’; Computers & Structures 83, No.27, pages 2185–2196, 2005.

[4] Jiang, L. and Wang, K; ‘‘An enhanced frequency-shift-based damage identification method using tunable piezoelectric transducer circuitry’’; Smart Materials and Structures 15, No.3, 799–808, 2006.

[5] Lu, Z.R., Liu, J.K., Huang, M. and Xu, W.H; ‘‘Identification of local damages in coupled beam systems from measured dynamic responses’’; Journal of Sound and Vibration 326, No.2, pages 177–189, 2009.

[6] Qiao, L., Esmaeily, A. and Melhem, H.G; ‘‘Signal pattern-recognition for damage diagnosis in structures’’; Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 27, No.9, pages 121-139, 2012.

[7] Banerjee, B., Roy, D. and Vasu, R.M; ‘‘Self-regularized pseudo timemarching schemes for structural system identification with static measurements’’; International Journal for Numerical Methods in Engineering 82, No.7, pages 896–916, 2010.

[8] Kijewski-Correa, T., Kwon, D., Kareem, A., Bentz, A., Guo, Y., Bobby, S. and Abdelrazaq, A; ‘‘SmartSync: an integrated real-time structural health monitoring and structural identification system for tall buildings’’; Journal of Structural Engineering 25, No.33, pages 456-480, 2012.

[9] Na, C., Kim, S. and Kwak, H; ‘‘Structural damage evaluation using genetic algorithm’’; Journal of Sound and Vibration 330, No.12 pages 2772–2783, 2011.

[10] Marano, G., Quaranta, G. and Monti, G; ‘‘Modified genetic algorithm for the dynamic identification of structural systems using incomplete measurements’’; Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 26, No.2, pages 92–110, 2011.

[11] Mosquera, V., Smyth, A. and Betti, R; ‘‘Rapid evaluation and damage assessment of instrumented highway bridges’’; Earthquake Engineering and Structural Dynamics 41, No.4, pages 755–774, 2012.

[12] Loh, C., Mao, C., Huang, J. and Pan, T; ‘‘System identification and damage evaluation of degrading ysteresis of reinforced concrete frames’’; Earthquake Engineering and Structural Dynamics 40, No.6, pages 623–640, 2010.

[13] Ganguli, R; ’’A fuzzy logic system for ground based structural health monitoring of a helicopter rotor using modal data’’; Journal of Intelligent Material Systems and Structures 12, No.6, pages 397–407, 2001.

[14] Ettefagh, M.M., Behkamkia, D., Pedrammehr, S,and Asadi, K.; ’’Reliability Analysis of the Bridge Dynamic Response in a Stochastic Vehicle-Bridge Interaction’’ KSCE Journal of Civil Engineering  19, No.1, pages 220-232, 2015.

[15]-Xianfeng.F.,and Ming J Zuo.;”Gearbox fault detection using empirical mode decomposition,” ASME Internatinal Mechanical Congress and Exposition 25, No.2, pages 123-139, 2004.