Damage detection of two layer Space Dome Structures

Safari, Hadi (2018) Damage detection of two layer Space Dome Structures. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img]
Preview
Text (شناسایی آسیب در سازه‌های فضاکار گنبدی دولایه)
Hadi Safari.pdf

Download (455kB) | Preview
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Damage is considered as a change in structure which affects its performance in the present and future. The nature of damage relates to the deference between two states of a system. In this view the first state relates to the intact structure and the next one is for damaged structure. Therefore, damage can be detected according to the comparison between the structure response of damaged and intact structure for preventing from early collapse of structure. Preserving the performance of space structures as of the most applicable covers of roofs in public places is an important issue. Because of large number of elements and joints and variety of geometrical choices in space structures comparing to other structures, introducing a fast and accurate damage localization and quantification method is essential. In the first stage, according to the decomposition of first mode shape of space structure, a two dimensional damage detection method is introduced. Frist mod shape of space structure is computed by applying experimental modal analysis. The image of vertical parameter of first mode shape that is called isosurface is generated and two dimensional continuous wavelet transform analysis is applied to define the sudden fractures in damaged regions of isosurface that is impossible to identify in the mode shape of structure. Large number of values appears when the mother wavelet passes through the boundaries of signal which is called boundary distortion. Also, disarrays of first mode shape computation and wavelet transform results of isosurface need to be erected to make the localization of damage possible. To this end, a two steps method is applied to overcome these issues. In the second stage, a damage quantification method is introduced base on finite element model updating to define the extent of damage in the structure elements and nodes. Objective function is based on comparison of measured modal and analytical modal results of damaged and intact structure respectively that should be minimized. Charged system search algorithm is applied as a fast and strong heuristic optimization method in the finite element model updating procedure. Three different double layer space structures are introduced to evaluate the applicability of proposed damage detection method. The speed and ability of proposed method on locating the damages and converging to the correct values of damage is assessed by applying purposeful damages in one or more regions of structure. The results of ten different scenarios reveals the applicability of the introduced hybrid damage detection method.

Item Type: Thesis (Doctoral)
Persian Title: شناسایی آسیب در سازه‌های فضاکار گنبدی دولایه
Persian Abstract: آسیب بهعنوان یک تغییر در سیستم سازه تعریف می‌شود که این تغییر، کارایی سیستم را در حال حاضر و یا آینده تحت تاثیر قرار می دهد. مفهوم آسیب بدون مقایسه بین دو حالت سیستم بی‌معنی است. در این دیدگاه فرض می‌شود که یک حالت به‌صورت اولیه و یا به‌طور معمول آسیب ‌ندیده می‌باشد و حالت دیگر حالت آسیب ‌دیده می‌باشد. بدین ترتیب که بر اساس پاسخ‌های وضعیت فعلی سازه و مقایسه آن با مقادیر اولیه سازه، اقدام به مکان‌یابی آسیب‌ها و پیشگیری آن برای جلوگیری از خرابی زودرس نمود. حفظ سلامت سازه‌های فضاکار به‌عنوان یکی از پرکاربرد‌ترین نوع پوشش سقف در مکان‌های عمومی با سطح پوشش وسیع امری ضروری می‌باشد. به دلیل تعداد بسیار زیاد المان‌ها و پیونده‌های سازه فضاکار در مقایسه با سایر سازه‌ها و اشکال متنوع هندسی آن‌ها، ارائه روشی که دارای سرعت و دقت بالا در جستجوی اجزای آسیب‌ دیده و تعیین شدت آسیب بوجود آمده در آن‌ها می‌باشد، ضروری است. در گام نخست به‌منظور شناسایی ناحیه آسیب روشی مبتنی بر فیلترینگ شکل مود ارتعاشی اول سازه فضاکار توسط تبدیل موجک دوبعدی پیوسته بکار گرفته ‌شده است. با استفاده از تحلیل مودال تجربی و استخراج اشکال مودی سازه، تصویر پارامتر تغییر مکان قائم مود ارتعاشی اول سازه بر روی صفحه‌ای که اصطلاحاً سطح یکنواخت نامیده می‌شود محاسبه‌ گردید و با بکارگیری تبدیل موجک دو بعدی پیوسته شکست‌های ناگهانی حاصل از خرابی سازه که بصورت مستقیم در شکل مودی سازه قابل ‌مشاهده نیست تعیین گردید. تابع موجک مادر در زمان عبور از نواحی مرزی سیگنال بدلیل قطع ناگهانی سیگنال مقادیر بالای مثبت و منفی می‌گیرد که به پدیده اعوجاج مرزها موسوم می‌باشد. همچنین وجود اغتشاش در شکل مودی اول اندازه گیری شده و نتایج تبدیل موجک موجب عدم امکان تشخیص دقیق ناحیه آسیب پس از فیلترینگ سطح یکنواخت می‌شود که نیازمند اصلاح تأثیرات آن در نتایج تبدیل موجک می‌باشد. بدین منظور در این تحقیق یک روش دو مرحله‌ای جهت رفع اغتشاش و اعوجاج مرزها معرفی‌شده است. در گام دوم به منظور تعیین دقیق المان‌ها یا گره‌های آسیب دیده و شدت آسیب آن‌ها در ناحیه آسیب شناسایی شده در گام قبل، از روش بهنگام سازی مدل المان محدود استفاده گردید. تابع هدف استفاده ‌شده در فرآیند بهنگام سازی بر اساس مقایسه بین داده‌های مودال اندازه‌گیری شده از سازه آسیب‌ دیده و داده‌های محاسبه ‌شده از مدل اجزا محدود می باشد که به‌منظور شناسایی آسیب، کمینه‌سازی می‌گردد. در فرایند بهنگام سازی المان محدود سازه از الگوریتم جستجوی ذرات باردار بدلیل همگرایی سریع و دقیق به مقدار کمینه در تابع هدف استفاده گردید. به منظور بررسی توانایی روش ترکیبی معرفی شده که برای اولین بار مورد استفاده قرارگرفته است از سه نوع مختلف سازه فضاکار دو لایه موضوع این تحقیق استفاده ‌شده است. بدین ترتیب که در هر یک از این سازه‌ها با بوجود آوردن آسیب عمدی در المان‌ها و یا گره‌های یک ناحیه و یا نواحی مختلف سازه تلاش شده است تا دقت و سرعت روش معرفی ‌شده در شناسایی نواحی آسیب دیده و همگرایی به مقادیر صحیح آسیب ارزیابی گردد. نتایج دوازده مثال عددی نشان ‌دهنده صحت و توانایی بالای روش ترکیبی معرفی شده در شناسایی و تعیین شدت آسیب در سازه‌های فضاکار می‌باشد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Gholizad, AminUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
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: 30 Sep 2018 07:34
Last Modified: 30 Sep 2018 07:34
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/140

Actions (login required)

View Item View Item