توسعه یک روش کارآمد عیب‌یابی سازه‌ای در سکوهای فراساحلی شابلونی با استفاده از الگوریتم فراابتکاری اجتماع ذرات

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده


امروزه استفاده از الگوریتم­های بهینه­یابی بر اساس روش­های فراابتکاری با توجه به انعطاف­پذیری و سرعت بالای پردازش از اهمیت خاصی برخوردار شده است. در مطالعه حاضر، جهت انجام عیب­یابی در سازه­های شابلونی فراساحل، فرآیند عیب­یابی به صورت یک مسئله بهینه­یابی مطرح و از الگوریتم اجتماع ذرات جهت حل مسئله استفاده می­گردد. پروسه عیب­یابی با رصد پارامترهای مودال همانند فرکانس و توابع پاسخ فرکانسی سازه انجام می­پذیرد. بدین منظور، بعد از مدل­سازی سکوی شابلونی در محیط نرم­افزار ANSYS مبادرت به برداشت پارامترهای مودال سازه شده سپس کدهای اجزای محدود جهت انجام تحلیل مودال در MATLAB طرح­ریزی می­شود. در این مطالعه، وقوع خرابی به صورت کاهش در سختی، بدون تغییر در جرم سازه تعریف می­گردد. به منظور ارزیابی روش پیشنهادی، سناریوهای مختلف خرابی در مدل اجزای محدود سازه شابلونی اعمال و فرکانس­های طبیعی و توابع پاسخ فرکانسی سازه معیوب برداشت می­گردند. پارامترهای اندازه­گیری شده در این مرحله به عنوان ورودی الگوریتم اجتماع ذرات جهت حل مسئله بهینه­یابی مبتنی بر فرکانس و توابع پاسخ های فرکانسی سازه وارد می­شوند تا عملکرد الگوریتم تهیه شده در شناسایی درصد و محل وقوع خرابی بررسی گردد. نتایج حاصله مبین این حقیقت هستند که الگوریتم پیشنهادی در تشخیص سناریوهای خرابی کاملاً موفق عمل کرده است و همچنین دقت الگوریتم در شناسایی شدت خرابی­ها در حالت توابع هدف مبتنی بر توابع پاسخ فرکانسی سازه نسبت به فرکانس بالا است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Developing a Robust Damage Detection Method for Offshore Jacket Platform Using Particle Swarm Optimization Algorithm

نویسندگان [English]

  • Shahriar Baybordi
  • Alireza Mojtahedi
Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده [English]

Creation the necessary conditions to achieve reliable methods to estimate and detect structural damages of the main objectives of the research has been done in recent years. Due to the fact that each structure has its own characteristics, achieving to high reliable methods in the field of civil engineering is faced with a serious challenge [1, 2]. A number of researchers have proposed several methods based on different parameters and indices. But, vibration-based damage detection has been significantly developed in the past several decades but it has yet to be fully realized for large-scale structures and its technology is still developing rapidly [3]. In the vibration-based damage detection, the most widely used condition indices are modal parameters. In this research, new damage detection method based on combination optimization problem is introduced. In this study, modal parameters (Frequency, Frequency Response Function) used to detect and quantify damage with solving the inverse problem of optimization by particle swarm optimization (PSO) algorithm. Different damage scenarios apply on model and modal parameters is extracted and insert to the algorithm. According to results of solution the suitable parameter is introduced. Also, about the algorithm ability to detect damage scenarios discussed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Damage detection
  • optimization
  • Modal parameters
  • Particle swarm algorithm
  • Frequency response function
  • Natural frequency

مراجع

 [1]        Cawely, P., Adams, R. D., "The Locations of Defects in Structures from Measurements of Natural Frequencies", Journal of  Strain Analysis, 1979, 14 (2), 49-57.
[2]        Yuen, M., "A Numeral Study of The Eigen Parameters of Damaged Cantilever", Journal of Sound and Vibration, 1985, 1085 103 (3), 301-310.
[3]        Kim, J. H., Jeon, H. S., Lee, C. W., "Application of the Modal Assurance Criteria for Detection and Locating Structural Faults", 10th International Modal Analysis Conference , 1992, pp 536-540.
[4]        Hamey, C. S., Lestari, W., Qiao, P., Song G., "Experimental Damage Identification of Carbon/Epoxy Composite Beams Using Curvature Mode Shapes", Structural Health Monitoring, 2004, 3 (3), 33-53.
[5]        Lestari, Q. W., Hanagud, P. S., "Curvature Mode Shape-Based Damage Assessment of Carbon/Epoxy Composite Beams", Journal Intelligent Material Systems and Structures, 2007, 18:189-208.
[6]        Sampaio, R. P., Maia, N. M., Silva, J. M., "Damage Detection Using The Frequency Response Function Curvature Method", Journal of Sound and Vibration, 1992, 266, 1029-1042.
[7]        Huajun, L., Shuqing, W., Hezhen, Y., "Modal Strain Energy Decomposition Method for Damage Detection of an Offshore Structure Using Modal Testing Information", Third Chinese-German Joint Symposium on Coastal and Ocean Engineering, 2006.
[8]        Golafshani, A. A., Kianian, M., Godrati, E., "Health Monitoring of Structures Using Few Frequency Response Measurements", Journal of Civil Engineering, 2010 , 17, 493-500.
[9]        Elshafey, A. A., Haddara, M. R., Marzouk, H., "Damage Detection in Offshore Structures Using Neural Networks", Marine Structures, 2010, 23, 131-145.
[10]     Mojtahedi, A., Lotfollahi-Yaghin, M. A., Ettefagh, M. M., Fujikubo, M., "Detection of Nonlinearity Effects in Structural Integrity Monitoring Methods for Offshore Jacket-Type Structures Based on Principal Component Analysis", Marine Structures, 2013, 33, 100-119.
[11]     Majumdar, A., Maiti, D. K., Maity, D. "Damage Assessment of Truss Structures from Changes in Natural Frequencies Using Ant Colony Optimization", Journal of Marine Science, 2013, 12,193-199.
[12]     Kianian, M., Golafshani, A. A., Ghodrati, E., "Damage Detection of Offshore Jacket Structures Using Frequency Domain Selective Measurements", Journal of Marine Science, 2013, 12,193-199.
[13]     Yalan, X., Yu, Q., Jianjun, C., Gangbing, S., "Probability-Based Damage Detection Using Model Updating With Efficient Uncertainty Propagation", Journal of Mechanical Systems and Signal Processing, 2015, 60, 958-970.
[14]     Yang, Z. B., Chen, X. F., Xie, Y., Zhang, X. W., "The Hybrid Multivariate Analysis Method for Damage Detection", Structural Control and Health Monitoring, 2016, 23, 123-43.
[15]     Idelson, A., Rafael, H. L., Leandro, F. M., "An Improved Hybrid Optimization Algorithm for Vibration Based-Damage Detection", Journal of Advances in Engineering Software, 2016, 93, 47-64.
[16]     Kennedy, J., Eberhart, R., "Particle Swarm Optimization", IEEE International Conference of Neural Network, 1995.
[17]     Weaver, W. J., Johnston , P. R., "Structural Dynamics by Finite Elements", Prentice- Hall, Inc., 1994.
[18]    ضیائی­راد، س،. "آنالیز مودال"، مؤسسه علمی دانش­پژوهان برین، انتشارات ارکان، 1384.
 
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 46.4، شماره 85 - شماره پیاپی 85
زمستان 95
اسفند 1395
صفحه 37-49

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار