تشخیص آسیب و به روز رسانی مدل با استفاده از اطلاعات مودال و الگوریتم های بهینه یابی

امروزه به دلیل هزینه های بالای ساخت و اهمیت حیاتی برخی سازه ها، شناسایی خرابی در سازه ها به یکی از موضوعات مهم در مهندسی عمران تبدیل شده است. آسیب در سازه ها می تواند منجر به تغییر در مشخصات فیزیکی نظیر سختی و جرم شود. پارامترهای دینامیکی که وابسته به ویژگی های فیزیکی سازه هستند، می توانند به عنوان معیارهای مناسبی برای تشخیص آسیب مورد استفاده قرار گیرند. در این مقاله، از روش به روزرسانی اجزاء محدود برای شناسایی و ارزیابی آسیب در سازه ها استفاده شده است. روش به روزرسانی اجزاء محدود با تعیین پارامترهای ناشناخته، آسیب در سازه را شناسایی می کند. این پارامترهای ناشناخته ممکن است شامل مدول الاستیسیته، ممان اینرسی یا چگالی بتن باشند که در اثر آسیب تغییر کرده اند. برای این منظور، یک تابع هدف حساس به آسیب بر اساس ترکیب انرژی کرنشی مودال و فرکانس های طبیعی پیشنهاد شده است. سپس برای بهینه سازی این تابع هدف، از الگوریتم های بهینه سازی تعادل، گرگ خاکستری و وال استفاده شده است. کارآیی روش ارائه شده در این مقاله از طریق دو مثال مختلف، شامل تیر دو دهانه 6 متری با 20 المان و قاب برشی 12 طبقه، مورد ارزیابی قرار گرفته است. سناریوهای آسیب به صورت دوگانه و چهارگانه برای هر یک از سازه ها تعریف شده اند. همچنین برای شبیه سازی دقیق تر شرایط واقعی پایش سلامت سازه ای، اثر نویز نیز در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده از تمامی مثال های عددی نشان می دهد که روش پیشنهادی توانایی بالایی در تشخیص محل و شدت آسیب دارد.

damage detection and model updating using modal information and optimization algorithms

due to the high costs of construction and the critical importance of certain structures, the detection of structural damage has become a significant topic in civil engineering. damage to structures can lead to changes in physical properties such as stiffness and mass. dynamic parameters, which are dependent on the physical characteristics of the structure, can serve as suitable indicators for damage detection. in this paper, the finite element model updating method is employed for the identification and assessment of damage in structures. the finite element model updating method identifies damage by determining unknown parameters, which may include modulus of elasticity, moment of inertia, or concrete density that have altered due to damage. for this purpose, a damage-sensitive objective function based on the combination of modal strain energy and natural frequencies is proposed. to optimize this objective function, equilibrium optimization, grey wolf optimization, and whale optimization algorithms are utilized. the effectiveness of the proposed method is evaluated through two different examples, including a 6-meter two-span beam with 20 elements and a 12-story shear frame. damage scenarios are defined as dual and quadruple for each structure. additionally, to better simulate real conditions in structural health monitoring, the effect of noise is considered. the results obtained from all numerical examples indicate that the proposed method has a high capability for detecting the location and severity of damage.