شماره ركورد
24710
شماره راهنما
CIV3 25
عنوان
تشخيص ترك در صفحات فولادي غشايي و خمشي براساس تئوري پريدايناميك با استفاده از الگوريتم بهينه¬يابي فراابتكاري
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي عمران - سازه
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1403/11/06
صفحه شمار
140 ص.
استاد راهنما
دكتر فرشيد مسيبي
استاد مشاور
دكتر طاها بخشپوري
كليدواژه فارسي
تشخيص ترك، , صفحات غشايي و خمشي , تئوري پري¬دايناميك , الگوريتم¬ بهينه¬يابي
چكيده فارسي
چكيده
وجود ترك در سازهها، يكي از انواع آسيب شمرده مي¬شود كه براي تشخيص آن روش¬هاي زيادي شامل روش¬هاي تئوري و غيرتئوري معرفي شده است. آن دسته از روش¬هاي تئوري كه نياز به مدلِ¬ سازه¬ي ترك خورده دارند، با توجه به پيچيدگي مدل¬سازي خطِ ترك در سازه، تعداد محدودي را شامل مي¬شوند. در اين رساله، براي اولين بار يك روش غيرتئوريِ مدل-محور كه تركيبي از تئوري پري¬دايناميك و يك الگوريتم بهينه¬يابي فراابتكاريِ بهبود يافته است، به منظور تشخيص ترك در صفحات و تيرهاي فولادي با هدفِ دقت نسبتا زياد در مدل¬سازيِ سازه¬ي ترك¬خورده، نتايجِ با دقت بالا و قابل اعتماد و همچنين سرعت همگرايي زياد، پيشنهاد شده است. تئوري پريدايناميك با توجه به قابليت زياد جهت مدل¬سازي ترك، جهت تحليل سازه¬ي ترك¬خورده به كار گرفته مي¬شود. همچنين الگوريتم جستجوي سيستم ذرات باردار (CSS) در بخش جستجوي ترك انتخاب مي¬شود. به منظور افزايش دقت و قابليت اعتماد به نتايج حاصل از اين الگوريتم، يك گام جستجوي ويژه به آن اضافه شده است. در اين رساله برخلاف بسياري از پژوهش¬هاي قبلي، هيچگونه محدوديتي در راستاي ترك وجود ندارد. تابع هدف در مسالهي تشخيص ترك براساس اختلاف تغييرشكلهاي نقاط مختلف سازه تعريف ميشود. پيش از به كارگيري روش تشخيص ترك، موقعيت بهينه سنسورها و بارهاي خارجي ضربهاي تعيين ميشود. در ابتدا روش فوق به منظور تشخيص ترك در يك صفحه¬ي غشايي مستطيلي¬شكل در سناريوهاي مختلف مورد ارزيابي قرار مي¬گيرد؛ سپس اين روش برروي سناريوهاي جديدي كه مشابه با سناريوهاي قبلي هستند ولي طول ترك در آنها كاهش يافته است، مورد آزمايش قرار ميگيرد. در ادامه، روش تشخيص ترك برروي چندين تير با شرايط تكيه¬گاهي مختلف به كار گرفته مي¬شود. به منظور بررسي بيشتر توان گام جستجوي ويژه، چهار نوع الگوريتم بهينه-يابيِ ديگر نيز جستجوي ترك در تير را انجام مي¬دهند. در بخش بعدي، تشخيص ترك در صفحات خمشي نيز مورد بررسي قرار مي¬گيرد. در انتها، چند مثالِ تشخيص ترك كه توسط يكي از مراجعِ رساله با روش ديگري حل شده است، درنظر گرفته ميشود. تاثير نويز نيز در مثالهاي تيرها و صفحات مورد ارزيابي قرار مي¬گيرد. به منظور كاهش هزينه¬ي محاسباتيِ روش پيشنهادي، از قابليت پردازش موازي در اجراي بخش تحليل سازه بهره برده مي¬شود. نتايج به دست آمده نشان ميدهد كه مختصات خطِ ترك كه توسط روش پيشنهادي در صفحات و تيرها يافت شده است، انطباق بسيار خوبي با تركِ واقعي دارد و دقت تشخيص ترك در شرايط محيطيِ آلوده به نويز نيز قابل قبول بوده است. توان جستجوي الگوريتم UCSS در مقايسه با الگوريتمهاي ذكر شده نيز بيشتر بوده است. همچنين روش پيشنهادي در شناسايي تركهاي تعريف شده در صفحات كه طول آنها حداكثر 10 درصد است نيز بسيار با دقت عمل كرده است. دقت شناسايي مختصات ترك با استفاده از روش پيشنهادي دراين رساله برروي مثالهاي يكي از مراجع، نيز بالاتر از روشهاي مورد استفاده در آن مرجع بوده است.
كليدواژهها: تشخيص ترك، صفحات غشايي و خمشي، تئوري پري¬دايناميك، الگوريتم¬ بهينه¬يابي
كليدواژه لاتين
Crack detection , membranes and plates , Peridynamic theory , optimization algorithm
عنوان لاتين
Crack detection in steel membranes and plates based on Peridynamic theory using metaheuristic optimization algorithm
گروه آموزشي
مهندسي عمران
چكيده لاتين
Abstract
The existence of crack in structures is considered one of the types of damage that many methods, including theoretical and non-theoretical methods, have been introduced to detect them. Due to the complexity of modeling the crack line in the structure, those theoretical methods that require analysis of the cracked structure for detect of cracks, are limited. In this thesis, for the first time a model-based non-theoritical method that is a combination of Peridynamic theory and an upgraded metaheuristic optimization algorithm is proposed for crack detection in steel plates and beams with the aim of simple modeling, relatively high accuracy in modeling the cracked structure, highly accurate and reliable results, and also high convergence speed.
Unlike conventional methods, the Peridynamic theory has high capability of modeling the crack in structure and is used to analize the cracked structure. Also, the charged system search algorithm (CSS) is chosen in the crack search step. In order to increase the accuracy and reliability of the results of this algorithm, a special search step has been added to it (UCSS). Unlike many previous studies, there is no limitation in the direction of the crack in this research. The objective function in crack identification problem is defined based on the difference in displcament at different points of the structure. Before implementation of crack detection method, the optimal position of the displacement recording sensors as well as the external loads applied, are determined. At first, the mensioned method is evaluated to detect cracks in a rectangular plate in different scenarios. The method is then tested on new scenarios in which the crack orientation is similar to the previous scenarios but the crack length is reduced. Next, the method is applied to several beams with different restraint conditions. In order to more investigation of power of added step in the proposed method, four other optimization algoritms search the crack in beams. In the next section, crack detection in bending plates is also investigated. Finally, several examples of crack detection solved by one of the thesis references with another method, are considered. The noise effect on crack identification method in examples of beams and plates is considered .To reduce the computational cost of proposed crack detection method, the parallel processing capability is used in the implementation of the structure analysis part.
The results obtained by the crack detection method show that the coordinates of crack line founded by this method in plates and beams have a very good agreement with the real crack and the crack detection in noisy environmental conditions is also acceptable. The search power of the UCSS algorithm has also been higher compared to the mentioned algorithms. The proposed method is also very accurate in identifying cracks defined in membranes whose length is 10%. The identification accurate of crack coordinates using the proposed method in this thesis on examples provided by one of the references was also higher than the methods used in that reference.
Keywords: Crack detection, membranes and plates, Peridynamic theory, optimization algorithm
تعداد فصل ها
5 فصل
فهرست مطالب pdf
132364
نويسنده