مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

شناسایی خرابی در سازه بر پایه تابع پاسخ فرکانسی به کمک روش آماری بیزین

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری سازه، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی شیمی و صنایع، دانشگاه علم و فناوری مازندران، مازندران، ایران
3 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران
4 استاد، گروه مهندسی برق، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
چکیده
یکی از کاربردهای مهم آنالیز مودال روش بروزرسانی مدل المان محدود با استفاده از توابع پاسخ فرکانسی به منظور تشخیص خرابی می باشد. رویکرد اصلی بروز رسانی مدل مبتنی بر حساسیت است که در مقاله حاضر از یک معادله حساسیت شبه خطی استفاده شده و هدف آن شناسایی مکان و میزان تغییرات در پارامترهای سازه ای می باشد. این روش در برابر اثرات نامطلوبی چون اندازه‌گیری ناقص، خطاهای اندازه‌گیری و عدم قطعیت هایی مانند خطاهای مدل‌سازی و اثرات نویز نیاز به بهبود دارد. این مقاله سعی دارد با رویکرد بیزین و تکرار آزمایش داده های متعدد ناشی از توابع پاسخ فرکانسی روند حل مساله را در یک بازه مناسبتر از پاسخ، بروزرسانی نماید.در واقع رویکرد آماری فراوانی اگرچه می تواند در برخی از مسائل یک نتیجه منطقی به همراه داشته باشد، ولی در مسائل مهندسی با توجه به وضعیت مساله و پاسخ آزمایشهای تکرار شده (و یا در مسائل غیر آزمایشگاهی با توجه به تکرارهای مونت کارلو) می توان شرایطی را به مساله اضافه نمود که در این صورت با استفاده از روش آماری بیزین به تخمین بهتری از نتایج دست یافت. به منظور صحت سنجی روش یک تیر آلومینیومی دو سر آزاد که در آن تغییرات با کاهش سختی و افزودن جرم در قسمت‌های خاصی از تیر ایجاد شده است مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مکان و اندازه سطوح مختلف تغییرات در سازه را می توان به درستی با روش شناسایی کرد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Damage Identification Of structures Based on Frequency Response Function (FRF) By Bayesian Method

نویسندگان English

babak taghavi 1
Fariba Shadan 2
Masooud Mahmoudabadi 3
ahmad fakharian 4
1 Ph.D. Candidate, University of Qom, Faculty of Technology and Engineering, Qom, Iran
2 Assistant Professor, Mazandaran University of Science and Technology, Faculty of Technology and Engineering, Mazandaran, Iran
3 Assistant Professor, University of Qom, Faculty of Technology and Engineering, Qom, Iran
4 Professor, Department of Electrical Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
چکیده English

One of the important applications of modal analysis is model updating finite element method by using frequency response functions (FRF) in order to damage detection in the structures. The method is a sensitivity-based model updating approach which utilizes a pseudo-linear sensitivity equation and is applied to identify the location and amount of the changes in structural parameters. The method is can be improved against the adverse effects of incomplete measurement, measurement errors and uncertainties such as modeling errors and noise effects. This paper tries to upgrade to solve the problem in a more suitable interval of the response with the Bayesian approach and repeated testing of multiple data resulting from the model updating method with frequency response functions. In fact, although statistical approach can bring a logical result in some problems, but in engineering problems, according to the state of the problem and the answer of repeated experiments (or in non-laboratory problems, according to Monte Carlo repetitions), it can be added conditions to the problem in which he achieved a better estimation of the results by using the Bayesian statistical method. The experimental setup consists of a free-free aluminum beam, where changes are introduced by reducing the stiffness and adding mass at certain parts of the beam. The results indicate that the location and the size of different level of changes in the structure can be properly identified by the method.

کلیدواژه‌ها English

Damage Identification
Frequency Response Function (FRF)
Incomplete Measurement
Uncertainty principle
Bayesian Estimator
  • Esfandiari, A. Bakhtiari-Nejad, F. Rahai, A. and Sanayei, M. (2009). Structural model updating using frequency response function and quasi-linear sensitivity equation. Journal of sound and vibration, volume (326), page (557-573).
  • Esfandiari, A. Bakhtiari-Nejad, F. Rahai, A. and Sanayei, M. . (2010). Structural finite element model updating using transfer function data. Computer and Structures, volume (88), page (54-64).
  • Shadan, F. Khoshnoudian, F and Esfandiari, A. (2015). A frequency response-based structural damage identification using model updating method. Structural Control and Health Monitoring. Volume (23), page (286-302).
  • Shadan, F. Khoshnoudian, F . Esfandiari, A. (2018). Structural damage identification based on strain frequency response functions. International Journal of Structural Stability and Dynamics (IJSSD), Volume (18), page (1-26).
  • Hassani, S and Shadan, F. (2022). Using incomplete FRF measurement for damage detection of structures with closely-spaced eigenvalues. Measurement, volume (188), page (110388).
  • Shojaei-Mansourabadi, A and Esfandiari, A. (2019).   Structural model updating using sensitivity of wavelet transform coefficients of incomplete structural response. Journal of civil structural heaith monitoring, volume(9), page(37-51).
  • Esfandiari, A,. Nabiyan, M-S. Rofooei, F-R. (2020). Structural damage detection using principal component analysis of frequency response function data. Struct Control Health Monit. Volume(27), page(1-21).
  • Rahai, M. Esfandiari, A. Bakhshi, A. (2020). Detection of structural damages by model updating based on singular value decomposition of transfer function subsets. Structural Control Health Monitoring. Volume(27), page(1-23).
  • Sohn, H. and Law, K.H. (1997). A Bayesian probabilistic approach for structure damage detection. Earthquake engineering & structural dynamics. Volume(26), page(1259-1281). 
  • Beck, J-L. and Katafygiotis, L-S. (1998). Updating models and their uncertainties. I: Bayesian statistical framework. Journal of Engineering Mechanics. Volume (124), page(455-461).
  • Song, M. Behmanesh, I. Moaveni, B. and Papadimitriou, C. (2019). Modeling error estimation and response prediction of a 10-story building model through a hierarchical Bayesian model updating framework. Frontiers in Built Environment. Volume (5), page(7).
  • Fathi, A. Esfandiari, A. Fadavie, M. Mojtahedi, A. (2020). Damage detection in an offshore platform using incomplete noisy FRF data by a novel Bayesian model updating method. Ocean Engineering. Volume(217). Page(1-15).
  • Nabiyan, M-S. Ebrahimian, H. Moaveni, B. Papadimitriou, C. (2022). Adaptive Bayesian inference framework for ioint model and noise identification. Journal of engineering mechanics. Volume(148). Page(1-34).
  • Shadan, F. Khoshnoudian, F. Daniel Inman and Esfandiari, A. (2018). Experimental validation of FRF-based model updating method. Journal of vibration and control. Volume(24). Page(1-14).
  • Mahmoodabadi, M. Hasani, M. and Taghavi, B. (2021). Calculation of Natural Frequencies of Two-Dimensional Prismatic Bending Beams with Distributed Mass and Elasticity Using an Innovative Method. Bulletin of Earthquake Science and Engineering(bese), Volume(8), page (95-109).
  • Kay, S M. (1993). Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory. New Jersey:Prentice-Hal, Page (324-325).
  • C, Kammer. (1991). Sensor placement for on-orbit modal identification and correlation of large space structures, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, volume 14(2), page( 251-259).

  • تاریخ دریافت 25 اردیبهشت 1402
  • تاریخ بازنگری 05 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش 27 آبان 1402