شناسایی و تعیین موقعیت آسیب در صفحات فولادی با استفاده از داده‌های دینامیکی مودال و آنالیز موجک دو بعدی

با گذشت زمان، سازه‌ها تحت اثر عوامل مخرب طبیعی و غیر طبیعی متعددی چون زلزله، گودبرداری‌های غیراصولی، ارتعاشات دینامیکی حاصل از انفجار و غیره قرار می‌گیرند. همچنین، عواملی چون انتظار سرویس‌دهی بیش از ظرفیت طراحی المان‌های سازه و عدم بر آورده نمودن انتظارات به روز شده آیین‌نامه‌ای، باعث افت کارایی سازه می‌گردد. از طرفی گسترش آسیب‌های موضعی در سازه‌ها تحت اثر عوامل نامطلوب می‌تواند سلامتی کلی سازه را با مشکل مواجه نماید. بنابراین، اطلاع از وضعیت سلامتی سازه‌ها بسیار مهم و حائز اهمیت بوده و پایش و کنترل سلامتی در سازه‌ها یکی از مهمترین و مورد توجه‌ترین زمینه‌های پژوهشی بسیاری از پژوهشگران است. صفحات از مهم‌ترین المان‌های سازه‌ای هستند که آسیب در آن‌ها می‌تواند به صورت پیش‌رونده به سایر المان‌ها منتقل شده و منجر به آسیب کلی سازه گردد و در نتیجه، هزینه‌های اجتماعی جبران ناپذیر و اقتصادی فراوانی را تحمیل نماید. در این مقاله، با توجه به گسترش روز افزون استفاده از صفحات فولادی در سازه‌های ساختمانی به عنوان دیوارهای برشی فولادی، موضوع شناسایی و تعیین موقعیت آسیب به عنوان یکی از مهم‌ترین مراحل پایش سلامتی در سازه‌ها با استفاده از داده‌های دینامیکی مودال (فرکانس‌ها و شکل‌های مود ارتعاشی) و یک روش تشخیصی مبتنی بر تحلیل موجک گسسته دو بعدی مورد توجه واقع شد. به این منظور، صفحه فولادی مدل‌سازی شده در نرم افزار تحلیل اجزا محدودی abaqus تحت تحلیل فرکانسی واقع شد و داده‌های مودال حالت‌های آسیب و بدون آسیب استخراج گردید. نتایج، اختلاف بین فرکانس‌ها و عدم انطباق کامل شکل‌های اولیه و ثانویه مودهای ارتعاشی را بر اساس معیار انطباق مودال (mac) و زاویه بین بردارهای اولیه و ثانویه شکل مود نشان داد. با معرفی یک شاخص مکان‌یاب آسیب (dli) بر مبنای ضرایب موجک حاصل از جزئیات قطری تحلیل موجک دو بعدی شکل‌های اولیه و ثانویه مود ارتعاشی مورد نظر، مکان‌های آسیب با ایجاد پرش نسبی حداکثری در نمودار dli در دو راستای طول و عرض صفحه با دقت بالایی شناسایی شد.

damage detection and localization in steel plates using modal dynamic data and two-dimensional wavelet analysis

the health of structures, provision of safety, and the sense of security are among constant requirements and perpetual challenges of engineering and managers in the field of crisis management. erosion and occurrence of minor local damage to structures and structural members in the early stages of construction or during operation, especially in critical structures such as power plants, tall buildings, stairs, dams, airports, and hospitals, have always been among major problems. as time passes, structures are affected by a variety of natural and non-natural destructive factors such as earthquakes, non-systematic excavations, dynamic vibrations resulting from explosions and heavy vehicle traffic. in addition, factors such as serviceability expectation beyond the design capacity of structural elements and failure to meet the latest expectations imposed by regulations, use of poor-quality materials and execution problems will reduce efficiency and, consequently the service life of structures. also, the spread of local damages in structures can impair the overall health of the structure. undoubtedly, knowledge of structural health and safety is of vital importance and structural health monitoring is recognized as one of the most important subjects that has received a lot of attention from researchers. plates are one of the most important structural elements that can, when damaged, progressively transfer damages to other elements and lead to overall structural damage incurring irreparable social and economic costs. due to the increasing applications of steel plates, especially in building structures (as steel plate shear walls) in the present study attempts were made to focus on damage detection and localization as one of the most important steps of health monitoring using modal dynamic data (natural frequencies and mode shapes) and a proposed diagnostic method based on two-dimensional discrete wavelet analysis. to this end, the modeled steel plate was subjected to frequency analysis in abaqus finite element analysis software and the modal data associated with damaged and non-damaged states were extracted. the results showed differences between the frequencies and lack of correlation between primary and secondary vibration mode shapes based on the modal assurance criterion (mac) and the angle between the primary and secondary mode shape vectors. using a propoed damage localization index (dli) based on the wavelet coefficients obtained from the diameter details of the two-dimensional wavelet analysis of the primary and secondary vibration mode shapes, the damage zones were detected by creating a maximum relative jumps in the dli diagram. studies showed that dli values are sensitive to the damage severity of the damage zone and with increasing the damage severity, these values increase in fixed spatial coordinates in the damaged zone. also, the dli of one damaged zone is independent of the damage severity of the other damaged zones, and this is a positive advantage in the damage determination process. otherwise, failure to detect one damaged zone may affect the detection of other damaged zones, and consequently pose problems in the process of damage detection and localization in cases where we are dealing with multiple damage zones. according to the results of the present study, dli can be proposed as an efficient and effective index in detection and localization of damages in steel plate elements.