تشخیص خرابی بر مبنای پارامترهای مودال و پاسخ دینامیکی با استفاده از الگوریتم گرگ خاکستری بهبود یافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

خرابی در سازه‌ها باعث کاهش سختی در بعضی از اعضای آن می‌شود که این کاهش سختی باعث تغییر در پارامتر‌های مودال سازه (فرکانس طبیعی، اشکال مودی و...) و نیز باعث تغییر در پاسخ دینامیکی سازه (شتاب، سرعت و جابجایی) می‌شود. بنابراین داده‌های سازه سالم متفاوت با سازه آسیب‌‌دیده می‌‌باشد و می‌‌تواند به عنوان عاملی برای تشخیص خرابی مورد استفاده قرار بگیرد. اخیراً روش‌‌های گوناگونی برای تشخیص خرابی مورد استفاده قرار گرفته‌‌اند که در این بین روش‌های غیرمخرب و استفاده از پاسخ‌‌‌‌های سازه برای تشخیص خرابی بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌‌اند. هدف از این مطالعه ارائه روشی برای برآورد مقادیر خرابی سازه براساس اندازه‌‌گیری بخش محدودی از مشخصات مودال (فرکانس طبیعی) و مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از اندازه‌‌گیری پاسخ دینامیکی سازه (شتاب) در تعداد محدودی از درجات آزادی می‌‌باشد. به منظور تشخیص خرابی دو تابع هدف تعریف گردید: یکی با استفاده از پارامترهای مودال و دیگری مبتنی بر داده‌های پاسخ دینامیکی سازه. برای بهینه‌یابی این توابع، یک الگوریتم جدید از ترکیب ‌الگوریتم بهینه‌سازی گرگ خاکستری و ازدحام ذرات تعریف و نتایج حاصل از آن با نتایج الگوریتم‌‌های ژنتیک و ازدحام ذرات مقایسه شده است. دو مثال شامل سازه برشی 10 طبقه و خرپای دو بعدی 10 عضوی در نظر گرفته می‌شود و عملکرد روش پیشنهادی در شناسایی خرابی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. نتایج نشان دهنده کارایی قابل قبول روش پیشنهادی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Damage Detection Based on Modal Parameters and Dynamic Responses using by Enhanced Grey Wolf Optimization

نویسندگان [English]

  • Pedram Ghaderi
  • Yaser Shabani
School of civil engineering, Iran university of science and technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Structural damage causes a reduction in stiffness of some elements of structure and gives rise to some changes in structures' modal parameters (natural frequencies, mode shapes, etc.) and dynamic responses (acceleration, velocity, and displacement). Hence, intact structures' data is different from damaged structures' data and can be used to detect structural damages. Many techniques are recently utilized to facilitate damage detection, some salient examples of which are non-destructive methods and using of structure responses. The main purpose of this paper is to present a method for estimating structural damage detection based on the measurement of modal parameters and comparing its results with results of measurement of dynamic responses in a limited number of degrees of freedom. To detect the damage, two objective functions have been defined: one with modal parameters and the other one with structural dynamic responses data. For optimizing the objective functions, a new hybrid algorithm including GWO and PSO has been designed and its results have been compared to GA and PSO. Two examples including a ten-story shear building and a ten-element truss are considered and the efficiency of the proposed strategy in damage detection is assessed. The results indicate that the proposed strategy has acceptable performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Structural damage detection
  • modal parameters
  • dynamic response
  • Optimization Algorithm
  • Metaheuristic hybrid algorithms
[1]    C. Ghee Koh، L. Ming See، T. Balendra، Damage detection of buildings: numerical and experimental studies، Journal of structural engineering، 121(8) (1995) 1155-1160.
[2]    A. Rytter، Vibrational based inspection of civil engineering structures، Dept. of Building Technology and Structural Engineering، Aalborg University، 1993.
[3]    H. Lam، Detection of damage location based on sensitivity and experimental modal analysis، MPh dissertation، Hong Kong Polytech. Univ.، Hong Kong، (1994).
[4]    P.F. Viero، N. Roitman، Application of some damage identification methods in offshore platforms، Marine Structures، 12(2) (1999) 107-126.
[5]    N. Souq، S.S. Mousavi، G. Baradaran، Crack detection in frame Structures with regard to changes in natural frequencies by using finite element method and ACO R، Modares Mechanical Engineering، 15(8) (2015).
[6]    M.M. Fayyadh، H.A. Razak، Condition assessment of elastic bearing supports using vibration data، Construction and Building Materials، 30 (2012) 616-628.
[7]    L. Yam، Y. Li، W. Wong، Sensitivity studies of parameters for damage detection of plate-like structures using static and dynamic approaches، Engineering structures، 24(11) (2002) 1465-1475.
[8]    Y. Li، L. Cheng، L. Yam، W. Wong، Identification of damage locations for plate-like structures using damage sensitive indices: strain modal approach، Computers & structures، 80(25) (2002) 1881-1894.
[9]    N. Stubbs، J.-T. Kim، Damage localization in structures without baseline modal parameters، AIAA journal، 34(8) (1996) 1644-1649.
[10]   M. Nobahari، S.M. Seyedpoor، An efficient method for structural damage localization based on the concepts of flexibility matrix and strain energy of a structure، Structural Engineering and Mechanics، 46(2) (2013) 231-244.
[11]   J. Ricles، J. Kosmatka، Damage detection in elastic structures using vibratory residual forces and weighted sensitivity، AIAA journal، 30(9) (1992) 2310-2316.
[12]   R.J. Allemang، D.L. Brown، A correlation coefficient for modal vector analysis، in:  Proceedings of the 1st international modal analysis conference، SEM Orlando، 1982، pp. 110-116.
[13]   T. Pothisiri، K. Hjelmstad، Structural damage detection and assessment from modal response، Journal of engineering mechanics، 129(2) (2003) 135-145.
[14]   J.A. Escobar، J.J. Sosa، R. Gómez، Structural damage detection using the transformation matrix، Computers & structures، 83(4-5) (2005) 357-368.
[15]   D. Huynh، J. He، D. Tran، Damage location vector: A non-destructive structural damage detection technique، Computers & Structures، 83(28-30) (2005) 2353-2367.
[16]   B. Sahoo، D. Maity، Damage assessment of structures using hybrid neuro-genetic algorithm، Applied Soft Computing، 7(1) (2007) 89-104.
[17]   Z. Ding، R. Yao، J. Huang، M. Huang، Z. Lu، Structural damage detection based on residual force vector and imperialist competitive algorithm، Structural Engineering and Mechanics، 62(6) (2017) 709-717.
[18]   R. Eberhart، J. Kennedy، Particle swarm optimization، in:  Proceedings of the IEEE international conference on neural networks، Citeseer، 1995، pp. 1942-1948.
[19]   S. Mirjalili، S.M. Mirjalili، A. Lewis، Grey wolf optimizer، Advances in engineering software، 69 (2014) 46-61.
[20]   A. Kaveh، A. Zolghadr، Truss optimization with natural frequency constraints using a hybridized CSS-BBBC algorithm with trap recognition capability، Computers & Structures، 102 (2012) 14-27.
[21]   Kaveh، A. Zolghadr، Democratic PSO for truss layout and size optimization with frequency constraints، Computers & Structures، 130 (2014) 10-21.