شناسایی آسیب در مسائل تنش– کرنش مسطح بااستفاده از داده‌های مودال

وجود آسیب یا ترک در سازه‌ها باعث تغییر در پارامترهای مودال می‌شود و فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی آنها را تحت تاثیر قرار می‌دهد؛ بنابراین می توان از تغییر پارامترهای مودال، برای شناسایی آسیب در سازه ها استفاده نمود. تاکنون بیشتر تحقیقات انجام‌شده در تشخیص آسیب در مسائل یک بعدی نظیر تیرها متمرکز بوده ‌است و تحقیقات جامعی برای شناسایی آسیب در سازه‌های دوبعدی و بالاتر وجود ندارد. به‌نظر می‌رسد، دلیل این کار مدت‌زمان بسیار زیاد تحلیل درصورت مدل‌سازی با روش اجزای محدود باشد که در این مقاله دو راهکار برای کاهش هزینۀ محاسبات ارائه شده‌است. ابتدا با انجام تحلیل حساسیت از شبکه‌های اجزای محدود درشت‌تری استفاده شده‌است. در راهکار دوم به‌جای استفاده از الگوریتم ژنتیک در مسائل مورد بررسی، از الگوریتم بهینه‌سازی اجتماع ذرات استفاده شده‌است که زمان لازم برای تشخیص آسیب‌ها را کاهش دهد. هدف این تحقیق شناسایی وجود، مکان و شدت آسیب در سازه های دوبعدی تنش یا کرنش مسطح بااستفاده از ترکیب اطلاعات فرکانس‌های ارتعاشی و شکل مودهای ارتعاشی سازه‌ها می‌باشد. برای این منظور، با مدل‌سازی اجزای محدود سازه‌های دوبعدی با برنامه‌نویسی در محیط matlab، اعمال سناریو های مختلف آسیب و بااستفاده از توابع هدف پیشنهادی، مکان و شدت هر نوع آسیب احتمالی از تکنیک بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک تعیین می شود. مثال های عددی ارائه‌شده نشان می‌دهد که وجود آسیب، مکان آسیب و شدت آسیب در مسائل دوبعدی با راهکارهای ارائه‌شده به‌طور کامل قابل‌شناسایی می‌باشند.

Damage Detection of Plane Strain/Stress Problems using Modal Data

Damages or cracks change the natural frequencies and the mode shapes of the structures. Therefore, the modal parameters could be used in damage detection or structural health monitoring techniques. Based on the knowledge of the authors, most researches in this field have been focused on onedimensional problems, e.g. beams, trusses, columns, and frames. It seems that the main reason for the lack of comprehensive researches is the huge computational cost for two or three dimensional problems involved with the finiteelement modeling. In order to reduce the costs, two distinct techniques have been utilized here. Firstly, instead of using the genetic algorithm method, the particle swarm optimization (PSO) technique has been applied for finding the best solution. Secondly, instead of applying the fine meshes for calculation of the modal parameters in the finite element modeling, the course meshes are used. In this paper, the combination of the frequencies and the mode shapes as an objective function has been applied in the optimization procedure for damage detection of twodimensional plane stress type problems. For this purpose, the finiteelement computer program has been developed in MATLAB environment for the required calculations. The results show that non gradientbased optimization techniques such as GA and PSO have been successfully detected the existence, location and the intensities of the predefined damage scenarios.