بررسی عملکرد الگوریتم فراکاوشی ژنتیک پارتو نیچ در ارزیابی آسیب سازه ها

جهانگیری, میلاد; احمدی ندوشن, بهروز

doi:10.22065/jsce.2017.83982.1164

بررسی عملکرد الگوریتم فراکاوشی ژنتیک پارتو نیچ در ارزیابی آسیب سازه ها

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشگاه یزد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی عمران، یزد؛ ایران

² گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

10.22065/jsce.2017.83982.1164

چکیده

سازه ها برحسب نوع کاربرد در معرض انواع مختلف بارگذاری از قبیل باد، زلزله، انفجار و ... قرار می گیرند. از طرفی به منظور افزایش طول عمر مفید سازه می بایست شرایط بهره برداری مطلوبی فراهم گردد. در اثر بهره برداری نامناسب، افزایش بیش از حد بارگذاری، تغییر در سختی سازه در اثر عیوب ماده و آسیب های های ایجاده شده، باعث می شود که سازه از شرایط طراحی خود دور شده و در حاشیه ناایمن و خارج از طرح قرار گیرد. بنابراین ارزیابی به موقع آسیب جهت مقاوم سازی و ایمن سازی برای افزایش طول عمر مفید سازه امری بسیار مهم تلقی می گردد. از این رو، در این پژوهش سعی شده است که با استفاده از مفاهیم آنالیز ارتعاشات و روش اجزاءِ محدود رویکردی نوین و قدرتمند جهت ارزیابی آسیب در سازه تبیین گردد. متعاقباً از روش الگوریتم فراکاوشی ژنتیک پارتو نیچ به منظور محاسبه و بهگزینی موقعیت هندسی محل آسیب و شدت آسیب در سازه های تیر پیوسته فولادی و همچنین تیر یکسرگیردار استفاده شد. نتایج حاصل از ارزیابی آسیب در تیر پیوسته فولادی نشان داد که روش پیشنهاد شده در این پژوهش دارای قابلیت بسیار بالایی به منظور موقعیت یابی و تشخیص شدت آسیب در سناریو خسارت متعدد را دارد. بعلاوه، نتایج حاصل از این پژوهش برای تیر یکسرگیردار با نتایج مشابه آزمایشگاهی یانگ و هونگ مقایسه گردید. نتایج ارزیابی آسیب در تیر یکسرگیردار نشان داد که میزان خطای محاسباتی در روش ارائه شده کمتر از 06/0 بوده است، در حالیکه در نتایج مشابه آزمایشگاهی خطای محاسباتی 3/0 گزارش گردیده است. در نهایت، پس از بررسی ها و مطالعات انجام شده بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش الگوریتم فراکاوشی ژنتیک پارتو نیچ به عنوان روشی توانمند و کاربردی جهت ارزیابی آسیب در سازه ها گزارش می گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

روش های عددی در مهندسی سازه

عنوان مقاله [English]

Performance Investigation of Metaheuristic Niched-Pareto Genetic Algorithm for Imperfection Assessment of Structures

نویسندگان [English]

Milad Jahangiri ¹
Behrouz Ahmadi Nedushan ²

¹ Department of civil engineering, Faculty of engineering, Yazd University, Yazd, Iran.

² Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.

چکیده [English]

Structures depending on the type of their application are subject to different types of loading, such as wind, earthquake and explosion loads. On the other hand, in order to increase the useful lifetime of the structures, optimal operating conditions must be provided. Inappropriate utilization, excessive loading, changes in structural stiffness due to the material imperfection will cause the structure to come out of its design conditions and leads to unsafe structure. Therefore, on time assessment of imperfection for retrofitting and rehabilitation in order to increase the useful lifetime of the structure is very important. This article presents a novel and robust approach for assessment of imperfections in the structure using the concepts of vibration analysis and finite element method. A multi-objective Niched-Pareto Genetic Algorithm was used for computation of geometric position and intensity of imperfection in a steel continuous beam structure as well as a cantilever beam. The results of the imperfection assessment in continuous steel beam demonstrate that the proposed method has great potential in localization and quantification of imperfection in the multi-stage scenario. In addition, the results of this study for cantilever beam were compared with the same experimental results reported in the literature. These results demonstrated that the computational error in the proposed method was less than 0.06, while the error of similar experimental results has been reported as 0.3. Finally, the results of this research, demonstrate that the metaheuristic Niched-Pareto Genetic Algorithm performs very well and therefore this algorithm is recommended as a robust and practical approach for imperfection assessment of structures.

کلیدواژه‌ها [English]

Metaheuristic
Algorithm
Imperfection
Assessment
FEM
NPGA

مراجع

[1] Lim, T.W. and Kashangaki, T.A.L. (1994). Structural Damage Detection of Space Truss Structures Using Best Achievable Eigenvectors. AIAA Journal, 32(5).
[2] Sanayei, M., McClain, J.A.S., Wadia-Fascetti, S. and Santini, E.M. (1999). Parameter estimation incorporating modal data and boundary conditions. Journal of Structural Engineering ASCE, 125(9), 1048–1055.
[3] Ren, W.X. and De Roeck, G. (2001). Structural damage identification using modal data. I: simulation verification. Journal of Structural Engineering ASCE, 128, 87–95.
[4] Khoshnoudiana, F. and Esfandiari, A. (2011). Structural damage diagnosis using modal data. Scientia Iranica, 18(4), 853-860.
[5] Chen, H.P. and Bicanic, N. (2000). Assessment of damage in continuum Structures based on incomplete modal information. Computers and structures, 74, 559-570.
[6] Hassiotis, S. (2000). Identification of damage using natural frequencies and Markov parameters. Computers and structures, 74, 365-373.
[7] Penny, J. E. T., D. A. L. (1993), Wilson, and M. I. Friswell, Damage location in structures using vibration data. in Proc. of the 11th International Modal Analysis Conference, 861–867.
[8] Cawley, P. and Adams, R.D. (1979). The locations of defects in structures from measurements of natural frequencies. Journal of Strain Analysis, 14(2), 49–57.
[9] Messina, A., Williams, E.J. and Contursi, T., (1998), Structural Damage Detection By A Sensitivity and Statistical-Based Method, Journal of Sound and Vibration, 216(5), 791-808.
[10] Iturrioz, I., Pasquetti, E., Doz, G. (1999). Evaluation of structural damage through changes in dynamic properties. International Symposium on nondestructive testing contribution to the infrastructure safety system in the 21st century, 162-166.

[11] Salawu, O.S. (1997). Detection of Structural Damage through Change in Frequency: a review. Journal of Engineering Structures, 19(9), 718-723.
[12] Shi, Z., Law, S., Zhang, L. (2000). Damage localization by directly using incomplete mode shapes. Engineering Mechanics, 126(6), 656-660.
[13] Humar, L. (2002). Dynamics of Structures, Second Edition, Carleton University, Ottawa, Canada.
[14] Perera, R., Ruiz, A., Manzano, C. (2008). Performance assessment of multi-criteria damage identification genetic algorithms. Computers and Structures, 87, 120–127.
[15] Jahangiri, M., Ahmadi, B., Rahimi, H.A. (2015). Application of Single-Objective Optimization Techniques for Structural Health Monitoring. 2nd International & 6th National Conference on Earthquake & Structures, At ACECR of Kerman, Kerman, Iran.
[16] Perera, R. and Fang, S.E. (2010). Damage identification by response surface based model updating using D-optimal design. Mechanical Systems and Signal Processing, 25, 717–733.
[17] Jahangiri, M., Ahmadi, B., Rahimi, H.A. (2015). Structural Damage Localization and Quantification Based on Multi-Objective Optimization Method. 2nd International & 6th National Conference on Earthquake & Structures, At ACECR of Kerman, Kerman, Iran.
[18] Horn J, Nafpliotis N, Goldberg DE. (1994). A Niched Pareto genetic algorithm for multiobjective optimization. In: Proceedings of the 1st IEEE conference on computation evolutionary, 1, 82–7.
[19] Yong, X., and Hong, H. (2001). A genetic algorithm for structural damage detection based on vibration data. Proc. 19th International Modal Analysis Conference.
[20] Hassiotis, S. and Jeon,g G.D. (1995). Identification of stiffness reduction using natural frequencies. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 121(10).