یافتن نواحی آسیب دیده در سازه های پوسته ی مخروطی با استفاده از روش های تحلیلی مبتنی بر ارتعاش آزاد سازه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

پایش سلامت سازه‌‌ها و شناسایی نواحی آسیب دیده بمنظور بررسی وضعیت عملکردی آنها امری مهم و ضروری می‌باشد. زیرا عدم توجه به آسیب های موضعی باعث کاهش کارایی عملکرد سازه گردیده و ممکن است باعث افزایش شدت آسیب به علت بارگذاری های طبیعی و یا مصنوعی و در نتیجه تخریب کل سازه گردد. هدف اصلی در این پژوهش پیشنهاد مدلی با استفاده از روش‌‌های تحلیلی و توسعه آن‌ جهت شناسایی نواحی آسیب دیده در پوسته‌های مخروطی ساخته شده از مواد مدرج تابعی مستقر بر بستر الاستیک می‌‌باشد. از آنجائیکه اشکال مودی پارامتری حساس به وجود آسیب در المان هاست، این پارامترها به منظور پروسه تشخیص آسیب در سازه مورد استفاده قرار گرفت. معادلات حاکم بر اساس تئوری برشی مرتبه اول در نرم افزار میپل استخراج گردید. روش تحلیلی با استفاده از سری توانی، فرکانس‌های طبیعی و اشکال مودی سازه را محاسبه می کند.جهت اطمینان از عملکرد مدل پیشنهاد شده، نتایج حاصل از مدلسازی با نتایج دیگر مراجع و نیز مدل عددی ساخته شده در نرم افزار آباکوس صحت سنجی شده است. در نهایت، با در نظر گرفتن انواع شرایط تکیه گاهی و سختی های متفاوت برای بستر، المان های آسیب دیده پوسته مخروطی شکل با در نظر گرفتن سناریوهای مختلف آسیب مشخص شده است. بررسی‌‌ها نشانگر عملکرد مناسب مدل پیشنهادی در تشخیص محدوده آسیب دیده می‌‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Damage Identification in Conical Shell Structures Using Analytical Methods Based on Free Vibration of the Structure

نویسندگان [English]

  • Ehsan Aghaahmadi 1
  • Reza Taghipour 1
  • Mohsen Bozorgnasab 1
  • Mohammad Mollaalipour 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده [English]

Structural health monitoring and detection of damaged areas in a structure is essential for surveying its performance during the structural life. Because not paying attention to the local damages is reduced the efficiency of the structural performance and could result in increasing the damaged intensity due to natural or artificial loads and consequently collapse of entire structure. The main goal of this research is to propose a model using analytical methods and developing it to identify the damaged areas in conical shells made of functionally graded materials placed on an elastic substrate. Since the mode shapes are sensitive parameters to damage presence in the elements, they are used for damage detection process of the structure. The governing equations have been extracted based on the first-order shear theory in Maple software. The analytical method uses the power series to obtain the natural frequencies and mode shapes of the structure. In order to ensure the performance of the proposed model, the results of the modeling have been verified with the results of other references and those of the numerical model built in Abaqus software.Finally, taking into account various types of support conditions and different stiffnesses for the substrate, the damaged elements of the conical shell have been specified considering different damage scenarios.Investigations show the proper performance of the proposed model in detecting the damaged area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Functionally Graded Materials (FGM)
  • Conical Shell
  • Damage Identification
  • First-Order Shear Deformation Theory
  • Modal Derivatives Shapes

مراجع

[1] G. Buchanan, F.-I. Wong, Frequencies and mode shapes for thick truncated hollow cones, International journal of mechanical sciences, 43(12) (2001) 2815-2832.
[2] R.K. Bhangale, N. Ganesan, C. Padmanabhan, Linear thermoelastic buckling and free vibration behavior of functionally graded truncated conical shells, Journal of Sound and Vibration, 292(1-2) (2006) 341-371.
[3] M. Shariyat, M. Alipour, A Differential Transform Approach for Modal Analysis of Variable Thickness Two-directional FGM Circular Plates on Elastic Foundations, Iranian Journal of Mechanical Engineering Transactions of the ISME, 11(2) (2010) 15-38.
[4] M. Shariyat, M. Alipour, A power series solution for vibration and complex modal stress analyses of variable thickness viscoelastic two-directional FGM circular plates on elastic foundations, Applied Mathematical Modelling, 37(5) (2013) 3063-3076.
[5] M. Alipour, M. Shariyat, An analytical global–local Taylor transformation-based vibration solution for annular FGM sandwich plates supported by nonuniform elastic foundations, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 14(1) (2014) 6-24.
[6] G. Jin, Z. Su, T. Ye, X. Jia, Three-dimensional vibration analysis of isotropic and orthotropic conical shells with elastic boundary restraints, International Journal of Mechanical Sciences, 89 (2014) 207-221.
[7] N. Navabian, M. Bozorgnasab, R. Taghipour, O. Yazdanpanah, Damage identification in plate-like structure using mode shape derivatives, Archive of Applied Mechanics, 86(5) (2016) 819-830.
[8] M. Alipour, A novel economical analytical method for bending and stress analysis of functionally graded sandwich circular plates with general elastic edge conditions, subjected to various loads, Composites Part B: Engineering, 95 (2016) 48-63.
[9] S. Mohammadrezazadeh, A.A. Jafari, The influences of magnetostrictive layers on active vibration control of laminated composite rotating cylindrical shells based on first-order shear deformation theory, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 233(13) (2019) 4606-4619.
[10] E. Aghaahmadi, R. Taghipour, M. Bozorgnasab, M. Mollaalipour, Damage Identification In Cylindrical Shells With Functionally Graded Materials Resting On Elastic Foundation, Sharif Journal of Civil Engineering, 36.2(3.2) (2020) 125-133.
[11] E. Sotoudehnia, F. Shahabian, A.A. Sani, Damage detection of cylindrical shells based on Sander's theory and model updating using incomplete modal data considering random noises, European Journal of Mechanics-A/Solids, 85 (2021) 104110.
[12] R. Taghipour, M.R. Nashta, M. Bozorgnasab, H. Mirgolbabaei, A new index for damage identification in beam structures based on modal parameters, Archive of Mechanical Engineering, 68(4) (2021) 375-394.
[13] M.R. Nashta, R. Taghipour, M. Bozorgnasab, H. Mirgolbabaei, A novel method for identification of damage location in frame structures using a modal parameters-based indicator, Archives of Civil Engineering, 68(3) (2022) 633-643.
[14] G. Fan, M. Lezgy-Nazargah, An efficient seven-parameter double superposition-based theory for free vibration analysis of laminated composite shells, European Journal of Mechanics-A/Solids, 106 (2024) 105299.
[15] D. Yao, M. Lezgy-Nazargah, A new double superposition-based shear deformation theory for static analysis of multilayered composite and sandwich doubly-curved shells, Thin-Walled Structures, 198 (2024) 111703.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 57، شماره 7
مهر 1404
صفحه 1195-1220

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار