Damage Detection in Engineering Structures Based on Limited Modal Data by Optimization Methods

Golara, Shervin and Shakeri, Kazem and Ghodrati Amiri, Gholamreza (2015) Damage Detection in Engineering Structures Based on Limited Modal Data by Optimization Methods. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Shervin Golara.pdf

Download (274kB)

Abstract

Structural damage identification can prevent catastrophic events. By early damage detection in engineering structures, not only can we organize a suitable plan for repairing or retrofitting, but also can guarantee good and perfect performance under different situation, such as under earthquake forces. This thesis presents three effective methods for damage identification in engineering structures by defining damage prognosis problem as an optimization problem. All of the presented methods are based on the diagonal members of the Generalized Flexibility Matrix. In the first method, the objective function is formulated by means of direct inspection the diagonal members of this matrix. However, the second cost function is defined by searching the correlation of the diagonal members of the Generalized Flexibility Matrix through Modal Assurance Criterion (MAC). Finally, the third method can be interpreted as a combination of the first and second cost functions. In the proposed methods, we employ the Imperialist Competitive Algorithm (ICA) for solving optimization problem. The applicability of the presented methods are investigated by studying three numerical examples of engineering structures, named a three-story steel frame, a plane truss with fifteen elements, and a 12-story shear frame. Different damage patterns are considered and several challenges, such as the impacts of random noise in the measured modal data and the number of available modal data for creating Generalized Flexibility Matrix, are studied. All of the obtained results emphasize the robustness and good performance of the presented methods in damage localization and quantification in the structures. As a result, by comparing the presented cost functions, it can be concluded that the second objective function is more effective than the first one in terms of an accurate estimation of damage in the real conditions. Moreover, the third cost function can find multiple damage cases with high level of accuracy. Finally, for comparing the performance of the ICA with other optimization strategies, the Genetic Algorithm is used for solving optimization problem in several damage scenarios. The results show good performance of the ICA in finding optimal solutions.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: تشخیص آسیب در سازه های مهندسی با کمک اطلاعات مودال محدود و روش های بهینه یابی
Persian Abstract: شناسایی آسیب در سازه¬ها، می تواند از وقوع حوادث جبران¬ ناپذیر جلوگیری به¬عمل آورد. با تشخیص زود هنگام آسیب در سازه¬ها، نه تنها می توان طرح مناسبی را برای تعمیر یا بهسازی سازه¬ها اتخاذ نمود، بلکه می توان از عملکرد مناسب سازه تحت بارگذاری¬های مختلفی نظیر بارگذاری زلزله، مطمئن بود. در این پایان¬نامه، سه روش مؤثر جهت شناسایی آسیب در سازه¬های مهندسی ارائه می¬گردد. این روش¬ها بر مبنای تعریف مسأله¬، به صورت یک مسأله¬ی بهینه¬یابی استوار می¬باشند. این کار با در¬نظر داشتن اعضای روی قطر اصلی ماتریس نرمی تعمیم یافته¬ی سازه¬ها صورت می¬پذیرد. در روش اول، تابع هدف اول این اعضاء را بطور مستقیم مورد بررسی و ارزیابی قرار می¬دهد. این در¬حالی است که در روش دوم، تابع هدف دوم میزان ارتباط این اعضاء را با کمک معیار سنجش اطمینان مودی مورد بررسی قرار می¬دهد. در روش سوم، تابع هدف سوم معرفی می¬گردد که این تابع ، بر مبنای تلفیق توابع هدف پیشنهادی اول و دوم استوار می باشد. برای حل مسأله¬ی بهینه¬یابی، از الگوریتم بهینه¬یابی رقابت استعماری استفاده شده است. به منظور بررسی کارآیی روش¬های ارائه شده، سه مثال عددی مختلف شامل: یک قاب خمشی سه طبقه، یک خرپای پانزده المانه و یک قاب برشی دوازده طبقه، تحت سناریوهای آسیب مختلف، مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته و کارآیی روش¬ها تحت شرایطی نظیر حضور نویز در داده¬ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین مطالعاتی پیرامون تأثیر تعداد مودهای در دسترس جهت پیاده¬سازی روش¬ها، صورت پذیرفته است. نتایج بدست آمده، حاکی از توانایی روش¬¬ها در شناسایی آسیب¬ها می باشند. همچنین، می¬توان نتیجه گرفت که روش پیشنهادی دوم در قیاس با روش پیشنهادی اول از دقت بالایی در شناسایی آسیب¬ها برخوردار می¬باشد. بعلاوه، روش پیشنهادی سوم، قادر است سناریوهای پر آسیب را با دقت بالایی شناسایی کند. درنهایت، به¬منظور مقایسه¬ی کارآیی الگوریتم بهینه¬یابی رقابت استعماری در حل مسأله¬ی بهینه¬یابی، برخی از سناریوها با کمک الگوریتم بهینه¬یابی ژنتیک نیز مورد ارزیابی قرار گرفته¬اند. نتایج عایده بیانگر دقت بالای الگوریتم رقابت استعماری در یافتن پاسخ¬های بهین می¬باشند.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Shakeri, KazemUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Ghodrati Amiri, GholamrezaUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 13 Dec 2018 10:12
Last Modified: 13 Dec 2018 10:12
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/3802

Actions (login required)

View Item View Item