بهبود شاخص شناسایی آسیب در صفحات برپایه‌ی اطلاعات شکل مودی با در نظر گرفتن ممان پیچشی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بین المللی امام خمینی

2 گروه مهندسی عمران- دانشکده فنی مهندسی- دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)- قزوین- ایران

چکیده

صفحات از مهم‏ترین المان‏های سازه‏ای هستند که آسیب در آن‏ها می‏تواند بصورت پیش‏رونده به سایر المان‏ها منتقل شده و سبب آسیب کلی شود. لذا شناسایی آسیب در این اجزا،به کمک سیستم های شناسایی و مکانیابی آسیب می توانند نقش بسیار مهمی را در ایمنسازی و بهسازی سازهها و جلوگیری از بوجود آمدن خسارات مالی و جانی ناشی از تخریب و فروریختن آنها ایفا نمایند. در این پژوهش با کمک تجزیه و تحلیل دادههای شکل مودی و مشتقات آن‏ها و با توسعه‏ی کدهای عددی المان محدود و محاسبه‏ی شیب و انحنای صفحه بر اساس روش تفاضل محدود مرکزی، تاثیر پیچش علاوه بر خمش بر روی المان صفحه‏ای در فرآیند شناسایی آسیب در نظر گرفته شده است. همچنین با هدف بررسی توانایی اصلاح فرمولبندی در عملکرد شاخصهای موجود در زمینه‏ی شناسایی آسیب در صفحات، شاخص بهبود یافتهای معرفی گردیده است که اعتبار سنجی عملکرد شاخص بهبود یافته با داده‏های تجربی، نشان‏دهنده‏ی دقت مناسب آن میباشد. همچنین مقایسهای با کمک چندین سناریو از آسیب‏های منفرد و چندگانه با شدتهای متفاوت و با المانهایی در نواحی مختلف در صفحه صورت پذیرفته ‏است که در آنها نتایج شاخص بهبود یافته، حالت اولیه آن و شاخصی بر پایهی مطالعه تجربی بررسی گردیده است. این نتایج که به کمک مقایسه دوحالت سالم و آسیب‏دیده‏ی سازه به دست آمدهاند بیانگر خطاها و ضعف های شاخص پیشین در تشخیص مکان و تعداد المانهای آسیبدیده بخصوص در نواحی مرزی که اثر پیچش قابل توجه است و همچنین در آسیبهایی چندگانه که در نواحی مختلف صفحه اند و درآنها انحنا منفی است، می باشد که این ضعف با کمک اصلاح فرمولبندی در شاخص بهبود یافته بخوبی برطرف شده است و سبب افزایش قدرت و دقت شناسایی مکان آسیبهای منفرد و چندگانه و تعداد المانها به ویژه در لبه‏های صفحه حتی در صورت وجود آسیبهایی با شدتهای متفاوت توسط آن گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improving the damage identification indicator for plate-like structures by considering twisting moment based on mode shape data

نویسندگان [English]

  • fahimeh rahmani 1
  • Ramezan Ali Izadifard 2
1 Emam Khomeini international Univercity
2 Civil Eng. Dep.- Engineering Faculty- Imam Khomeini Int. Un.- Qazvin- Iran
چکیده [English]

Plates are one of the most important structural elements in which failure can be progressively transferred to other elements and cause overall damage. Therefore, identification of damage in these components plays an important role in the control of structural health. Damage detection and locating systems have a critical role in retrofitting and improving of structures and preventing the financial and human damages caused by the collapse of structures and would increase theirs service life .The main purpose of this thesis is to study how to identify and evaluate damage in plate-like structures using nondestructive methods, and improving this operation process.. In this study, the effect of torsion in addition to bending on the plate element is considered in the damage identification process by analyzing the shape data and their derivatives and by developing finite element numerical codes, calculating the slope and curvature of the plate based on the central finite difference method, Efficiency and performance of this method has been studies by different scenarios of damage in plate with different characteristics and an improved index has been introduced. Comparison of the results in both healthy and damaged structures showed increased robustness and accuracy of identifying the location of individual and multi-step injuries, especially at the edges of the plate and also Improved indicator performance validation with experimental data indicates appropriate accuracy of this index.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Damage detection
  • finite difference
  • torsion effect
  • mode shape data
  • plate structures
[[1]]  Q. Lu, G. Ren, Y. Zhao. (2002). Multiple damage location with flexibility curvature and relative frequency change for beam structures. Journal of Sound and Vibration Vol.253 ,pp. 1101–1114.
[[1]]  D. V. Jauregui, C. R. Farrar. (1996). Comparison of damage identification algorithms on experimental modal data from a bridge. Proceedings of the 14th International Modal Analysis Conference . Dearborn, Michigan, Vol. 2, pp. 1423–1429.
[[1]]  Z. Zhang, A. E. Aktan .(1998). Application of modal flexibility and its derivatives in structural identification. Research in Nondestructive Evaluation Vol.10, pp. 43–61.
[[1]]  P. Cornwell, S. W. Doebling, C. R. Farrar. (1999). Application of the strain energy damage detection method to plate-like structures. Journal of Sound and Vibration Vol.224, pp. 359– 374.
[[1]]   H. Y. Hwang, C. Kim. (2004). Damage detection in structures using a few frequency response measurements. Journal of Sound and Vibration, Vol. 270, pp. 1–14.
[[1]] R. P. C. Sampaio, N. M. M. Maia, J. M. M. Silva. (1999). Damage detection using the frequency response function curvature method. Journal of Sound and Vibration,Vol. 226, pp.1029–1042.
[[1]]   T. Marwala. (2001), Fault identification using pseudomodal energies and modal properties. Journal of Aircraft, Vol.39, pp. 1608–1617.
[[1]] S. Liberatore, G. P. Carman. (2004). Power spectral density analysis for damage identification and location. Journal of Sound and Vibration,Vol. 274, pp. 761–776.
[[1]]   Cawley P, Adams R. (1979).The location of defects in structures from measurements of natural frequencies. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, Vol.14, pp. 49-57.
[[1]]   Pandey A, Biswas M, Samman M. (1991). Damage detection from changes in curvature mode shapes. Journal of sound and vibration, Vol .145, pp. 321-332.
[[1]]   Pandey A, Biswas M.  (1994). Damage detection in structures using changes in flexibility.Journal of sound and vibration, Vol. 169, pp. 3-17.
[[1]]   Li J, Choi F. C, Samali B, Crews K. (2007). Damage localisation and severity evaluation of a beam-like timber structure based on modal strain energy and flexibility approaches. Journal of Building Appraisal, Vol.2, pp. 323-334.
[[1]]   Shih HW, Thambiratnam DP, Chan TH. (2009). Vibration based structural damage detection in flexural members using multi-criteria approach. Journal of sound and vibration; Vol.323, pp.  645-661.
[[1]]   Mehrjoo M, Khaji N, Moharrami H, Bahreininejad A. (2008). Damage detection of truss bridge joints using Artificial Neural Networks. Expert Systems with Applications; Vol.35, no. 3, pp. 1122-1131.
[[1]] Samali B, Dackermann U, Li J. ( 2012). Location And Severity Identification of Notch -Type Damage in a Two-Storey Steel Framed Structure Utilising Frequency Response Functions and Artificial Neural Network. Advances in Structural Engineering, Vol.15 , pp. 743-757.
[[1]] Mohan S, Maiti DK, Maity D.( 2013). Structural damage assessment using FRF employing particle Swarm optimization. Applied Mathematics and Computation, Vol. 219, pp.10387-10400.
[[1]]   Xiang J, Liang M. (2012). A two-step approach to multi-damage detection for plate structures. Engineering Fracture Mechanics, Vol.91, pp. 73-86.
[[1]] Bagheri A, Amiri G. G, Razzaghi, S. S. (2009). Vibration-based damage identification of plate structures via curvelet tansform. Journal of Sound and Vibration, Vol. 327 pp. 593-603.
[[1]] Rucka M, Wilde K. (2006). Application of continuous wavelet transform in vibration based damage detection method for beams and plates. Journal of Sound and Vibration; 297 pp. 536-550.
[[1]] West W.( 1984). Illustration of the use of modal assurance criterion to detect structural changes in an orbiter test specimen. Proceedings of the Air Force Conference on Aircraft Structural Integrity, pp. 11-6.
[[1]] Ewins D. (1985). Modal testing. theory and practice. New York, Wiley.
[[1]] Wahab MA, De Roeck G. (1999). Damage detection in bridges using modal curvatures: application to a real damage scenario. Journal of Sound and Vibration. Vol. 226, pp. 217-235.
[[1]] Yan G, Peng X, Hao H. (2011). Localization of free-spanning damage using mode shape curvature. In Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, Vol. 305.
[[1]]   Lu X, Liu J, Lu Z. (2013). A two-step approach for crack identification in beam. Journal of Sound and Vibration, Vol. 332, pp. 282-293.
[[1]] Ivan Duvnjak, Mladenko Rak, Domagoj Damjanović, Krolo Joško & Marko Bartolac. (2014).  DAMAGE DETECTION OF PLATE LIKE STRUCTURES  BASED ON CHANGES OF BASIC MODAL PARAMETERS, Faculty of Civil Engineering, University of Zagreb, 10000 Zagreb, Croatia, July. pp. 13-17.
[[1]] O. Yazdanpanah, S. M. Seyedpoor and H. Akbarzadeh Bengar. (2015). A new damage detection indicator for beams based on mode shape data. Structural Engineering and Mechanics, Vol. 53, No. 4, pp. 725-744.
[[1]] Navabian N, Bozorgnasab M, Taghipour R, Yazdanpanah O. (2015). Damage identification in plate-like structure using mode shape derivatives. Archive of Applied Mechanics; 1-12.
[[1]] J. N. Reddy. (1993). Finite element Method,second edition Lagrange and secendipity families of regtangular elements. figure Mac Grow-Hill series in mechanical engineering. 9-5.
[29] Ho Y, Ewins D. (2000). On the structural damage identification with mode shapes. In International Conference on System Identification and Structural Health Monitoring. pp. 677-686.0
[30] W. H. Mosley and J. H.( 1987). reinforced concrete design-third edition. Bungry department of civil engineering university 0f Liverpool. pp. 215 flat slab divided into strips.