۱۶۴۳۶پ
per
شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه با استفاده از توابعPulse- Block
/یاسر حسینی اجرلو
: فنی مهندسی عمران
، ۱۳۹۵
چاپی
کارشناسی ارشد
مهندسی عمران گرایش زلزله
۱۳۹۵/۱۰/۱۳
تبریز
شناسایی سیستم در چند دهه گذشته با پیشرفت آزمایش‌صهای دینامیکی سازه، یکی از روش‌صهای مفید جهت پایش سلامتی و اکتشاف خرابی سازه‌صها تحت بارهای ارتعاشی به حساب می‌صآید .شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه برصاساس اطلاعات تحریک و پاسخ سازه صورت می‌صگیرد و شامل پارامترهای فیزیکی- دینامیکی همانند ماتریس‌صهای جرم، سختی، میرایی و پارامترهای مودال از جمله فرکانس‌صهای طبیعی، نسبت‌صهای میرایی و اشکال مودی سازه می‌صشود .میزان موفقیت در شناسایی خرابی سازه‌صها بر اساس داده‌صهای حاصل از آنالیزصهای دینامیکی تجربی بشدت وابسته به دقت الگوریتم شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه بوده و تعریف یک مدل قابل اعتماد که بتواند رفتار سازه را در طول زمان توصیف و ارزیابی کند، از ملزومات اساسی در زمینه کنترل فعال سازه می‌صباشد .همچنین به روز رسانی مدل اجزاء محدود و ارزیابی ایمنی سازه پس از بارگذاری‌صهای شدید نیاز به انجام عملیات شناسایی سیستم دارند .توابعPulse (BP) - Blockاز جمله توابع متعامد هستند که از آنها می‌صتوان برای تقریب انواع توابع استفاده کرد .این توابع ابزاری مفید و قدرتمند در مهندسی سیستم و پردازش سیگنال از جمله آنالیز، تجزیه، شبیه سازی، تبدیل، کنترل و شناسایی انواع سیستم‌صهای دینامیکی می‌صباشند .توابع BP با توجه به تعاریف صریح و ساده‌صای که دارند می‌صتوانند فرمول بندی ساده‌صای از مسائل پیچیده ارائه دهند .در این پژوهش با بهره‌صگیری از مزیت‌صهای توابعBP ، شناسایی پارامترهای فیزیکی- دینامیکی و نیز پارامترهای مودال سازه در دو حوزه کلاسیک و غیرکلاسیک ارائه شده است .روش شناسایی در حوزه کلاسیک مبتنی بر تخمین ماتریسی-های‌ص فضای حالت سیستم دینامیکی بر اساس ماتریس عملگرBP ، ضرایب BP ورودی- خروجی و الگوریتم کمینه سازی حداقل مربعات می‌صباشد .در حوزه غیرکلاسیک نیز با استفاده از ماتریس عملگر تعمیم یافته BP معادله دینامکی سازه به عبارت جبری بر حسب ضرایب BP تبدیل شده است که با تعریف یک تابع هزینه برای هر طبقه بر اساس این ضرایب و کمینه سازی آنها با استفاده از الگوریتم ژنتیک شناسایی پارامترهای دینامکی سازه صورت گرفته است .به منظور ارزیابی دقت و اعتبار فرآیند شناسایی سه سازه برشی مجهز به حسگر و تحت تحریک سیگنال‌صهای تصادفی با ویژگی مختلف مدل سازی شده است .همچنین به منظور ارزیابی اثرات نویز، نویز سفید با سطوح مختلف به پاسخ‌صهای مدل اضافه گردیده و پارامترهای شناسایی شده پس از اعمال فرآیند شناسایی با مقادیر تئوریک خود مورد مقایسه قرار گرفته است .نتایج نشان می دهند در حوزه کلاسیک، پارامترهای شناسایی شده براساس داده‌صهای بدون نویز سازگاری بسیار بالایی با مقادیر تئوریک خود دارند .در حوزه غیرکلاسیک نیز خطاهای نسبی در سطوح پایین نویز) کمتر از ۵) ناچیز می‌صباشد و با افزایش سطح نویز اندازه گیری به ۱۰ حداکثر خطای نسبی در شناسایی پارامتر های مودال به کمتر از ۲ رسیده است .در نتیجه با استفاده از توابع BP می‌صتوان ضمن ساده سازی و کاهش هزینه‌صی محاسباتی، پارامترصهای دینامیکی سازه را با دقت بسیار بالایی شناسایی کرد
System identification in the past decades with the development of dynamic testing of structures, has become one of the useful methods for health monitoring and damage detection of structures under vibration loads. Identification of structural dynamic parameters is done based on excitation-responses data and includes physical-dynamical parameters such as mass, stiffness and damping matrices and/or modal parameters such as natural frequencies, damping ratios and modal shapes. The Success rate in identifying damage detection based on experimental modal analysis is highly dependent on the accuracy of identification algorithm and the definition of reliable models that can describe and evaluate the structural behavior over time, is the basic requirements in the field of active control vibration of structures. And also finite element model updating and structural safety assessment after severe loading need to perform system identification. Block pulse functions (BPFs) are a set of orthogonal functions which their series are used to approximate the variety of functions.These functions are a useful and powerful tool in system engineering and signal processing including analysis, synthesis, simulation, conversion, control and identification of dynamical systems. According to the definitions, BP functions are clear and simple and provide simple formulation of complex issues. In this research, by taking advantages of the BPFs, the physical dynamical and modal parameters identification in both classical and non-classical fields are provided. In the field of classical, identification method is based on estimation of state space matrices using BP operational matrix, input-outputs BP coefficients and least squares algorithm. In the field of non-classical, the generalized BP operational matrix is applied to convert the dynamic equation to algebraic equations according to BP coefficients. By defining a fitness function based on the BP coefficients for each story and minimize their costs using genetic algorithms, the dynamical parameters have been identified. To prove the feasibility and validity of the identification process, three shear structures that are equipped with sensor on all floors and excited by different normally distributed random signals are modeled. Also to evaluate the noise effect, measurement random white noise in three different levels is added to the calculated noise-free structural responses and identified parameters are compared with original values. The results show that in classical domain, identified parameters based on noise free data have high consistency with those of the finite element models. In non-classical domain, the relative errors in low noise levels (less than 5 ) are insignificant. When measurement noise level reaching up to 10 , the relative errors in identified frequencies become less than 2 in general. As a result, by using the BPFs in addition to simplify and reduce the cost of computation, dynamical parameters can be identified with high accuracy
حسینی اجرلو، یاسر
غفارزاده، حسین، استاد راهنما
حدیدی، علی، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
