یک روش کارآمد بروزرسانی مدل المان محدود سازه اسکله ساحلی در حالت عدم قطعیت اتصالات با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استادیار، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 دانشیار، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

طراحی معمول سازه­های قابی شکل مانند اسکله­های باز با فرض گیرداری کامل اتصالات عرشه به پایه­ها صورت می­گیرد. ولی در عمل این اتصالات به علت وجود برخی عوامل به صورت نیمه­گیردار می­باشند. این نیمه­گیرداری سبب تغییر در مشخصات دینامیکی سازه می­شود. عدم­قطعیت در ­گیرداری اتصالات عرشه به پایه­ها با توجه به تمرکز عمده جرم در عرشه تاثیر بسزایی در پاسخ­های سازه دارد. بنابراین، مطالعه روش­های جدید در ارزیابی دقیق این پارامتر عدم­قطعیت، جهت ارتقاء روش­های بروزرسانی مدل­های عددی، از اهمیت بالائی برخوردار است. از اینرو در این مطالعه کیفیت این اتصالات با استفاده از تغییرات فرکانس­های طبیعی ارزیابی گردیده است. مدل یک اسکله ساحلی مورد آزمایش تحلیل مودال قرار گرفت. مدل عددی نیز در نرم­افزار Ansys و نرم­افزار MATLAB تهیه­ گردید. مسئله تعیین درصد گیرداری اتصالات به صورت مسئله بهینه­سازی مبتنی بر فرکانس­های عددی و تجربی مطرح و الگوریتم اجتماع ذرات جهت حل مسئله بکار گرفته ­شد. برای بروز رسانی مدل اجزای محدود از فنرهای پیچشی خطی الاستیک، با سختی­های محاسبه شده توسط الگوریتم، بجای اتصالات استفاده ­گردید. توسط روش پیشنهادی، نسبت به تعیین درصدهای گیرداری اتصالات اقدام و مدل اجزای محدود با قابلیت انطباق­پذیری بیشتر با مدل واقعی تهیه ­گردید. بر اساس نتایج حاصله مشاهده می­شود که نتایج مدل بروز رسانی شده توسط این روش، بسیار نزدیک به مدل واقعی می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A robust finite element model updating method for pier’s structure with uncertainties in connections using particle swarm optimization algorithm

نویسندگان [English]

  • Mehdi Gholipour Feizi 1
  • Alireza Mojtahedi 2
  • Vahid Nourani 3
  • Majid Barghian 4
1 PhD Student, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Professor, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Conventional design of piers is done by assuming fully rigid connection of deck to piles. In practice, these connections are semi-rigid. Semi-rigid connections cause changes in the dynamic characteristics of the structure such as natural frequencies and mode shapes. In this study experimental modal analysis performed on model of a pier structure. Numerical model performed in ANSYS and MATLAB software. Determination of percentage of semi-rigid connections considered as optimization problem based on numerical and experimental frequencies. Problem solved by particle swarm optimization algorithm. By solving problem, percentage of rigid connection identified. For updating finite element model, linear elastic rotational springs employed instead of connections in theoretical model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modal Analysis
  • Pier
  • Particle Swarm Optimization
  • Semi-rigid connections
  • Finite element model

[1] Clark, R. LaGron, J. Koch, j, L. (2006). Hurricane Wilma-Post-Storm Beach Conditions and Coastal Impact Report. Florida: Department of Environmental Protection, Division of Water Resource Management. Available at: https://www.dep.state.fl.us/beaches/publications/pdf/tropical/2005/wilma/wilma.pdf.

[2] Gupta, S. Manohar, C, S. (2001). Reliability analysis of vibrating structures using stochastic finite element method and adaptive importance sampling. In: Proceedings of National Symposium on Advances in Structural Dynamics and Design. Madras: Structural Engineering Research Center, 517-523.

[3] Schuttrumpf, H. Kortenhaus, A. Frohle, P. Peters, K. (2008). Analysis of uncertainties in coastal structure design by expert judgment. In: Chinese-German Joint Symposium on Hydraulic and Ocean Engineering, Darmstadt: Eigenverlag, 102-107.              

[4] Seiffert, B. Hayatdavoodi, M. Ertekin, C. (2015). Experiments and calculations of cnoidal wave loads on a coastal-bridge deck with girders. European Journal of Mechanics - B/Fluids, 52, 191-205.           

[5] Iwan, W, D.  Huang, C, T. (1996). On the dynamic response of non-linear systems with parameter uncertainties. International Journal of Non-Linear Mechanics, 31(5), 631-645.

[6] Soiz, C. (2000). A nonparametric model of random uncertainties for reduced matrix models in structural dynamics. Probabilistic Engineering Mechanics, 15(3), 277–294.

[7] Verdure, L. Schoefs, F. Casari, P. Yanez, H. (2005). Uncertainty updating of a on-pile wharf after monitoring. In: Proceedings of the Ninth  International conference on structural safety and reliability, Rome: Millpress-Rotterdam, 1347-1354.     

[8] Mojtahedi, A. Lotfollahi Yaghin, M, A. Ettefagh, M, M. Fujikubo, M. (2013). Detection of nonlinearity effects in structural integrity monitoring methods for offshore jacket-type structures based on principal component analysis. Marine Structures, 33, 100–119.

[9] Batou, A. (2015). A global/local probabilistic approach for reduced-order robust modeling adapted to the low and mid-frequency structural dynamics. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 294, 123–140.

[10] Yu, C, H. Shanmugam, N, E. (1986). Stability of frames with semi-rigid joints. Computers & Structures, 23(5), 639-     648.

[11] Lui, E, M. Chen, W, F. (1987). Effects of joint flexibility on the behaviour of steel frames. Computers & Structures,                         26(5), 719-732.

[12] Poggi, C. (1988). A finite element model for the analysis of flexibly connected steel frames. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 26(10), 2239-2254.

[13] Dhillon, B, S. O’Malley, J, W. (1999). Interactive design of Semirigid steel frames. Journal of Structural Engineering, 125(5), 556-564.

[14] Kohoutek, R. (2000). Non-destructive and ultimate testing of semi-rigid connections. In: Fourth international workshop on connections in steel structures, 454-463.

[15] Ozturk, A, U. Catal, H, H. (2005). Dynamic analysis of semi-rigid frames. Mathematical and Computational Applications, 10(1), 1-8. doi: 10.3390/mca10010001.

[16] Weaver, W. Johnston, P, R. (1987). Structural Dynamics by Finite Elements. New York: Prentice Hall College Div, 143-167.

[17] McGuire, W. Gallagher, R. Ziemian, R. (2000). Matrix structural analysis. Second Edition. New York: John Wiley & Sons, 416-427.

[18] Filho, M, S. Guimarães, M, R. Sahlit, C, L. Brito, L, V. (2004). Wind pressures in framed structures with semi-rigid connections. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 26(2), 174-179.

[19] Kennedy, J. Eberhart, R. (1995). Particle Swarm Optimization. In: 2th IEEE International Conference on Neural  Network. Piscataway, NJ, 1942-1948.