عنوان

تحقیق در تئوریهای شناسایی سیستم جهت فرابینی رفتار دینامیکی و سلامت سنجی سازه فراساحلی ثابت با استفاده از مدلهای فیزیکی و فلوم هیدرولیکی موجساز

‭۳۰۴۶پ‬

per

تحقیق در تئوریهای شناسایی سیستم جهت فرابینی رفتار دینامیکی و سلامت سنجی سازه فراساحلی ثابت با استفاده از مدلهای فیزیکی و فلوم هیدرولیکی موجساز

/علیرضا مجتهدی

: فنی و مهندسی عمران

چاپی

دکتری

عمران - آب

‮‭۱۳۹۰/۱۲/۲۷‬

تبریز

پایش سلامت سازه ای امری ضروری برای کسب اطمینان از انجام عملکرد ایمن یک سازه می باشد .این مسئله در ارتباط با سکوهای جکتی فراساحل از ضرورت بیشتری برخوردار است .پایش سلامت سازه ای حوزه ای تخصصی است که به منظور افزایش عمر مفید سازه ها، اقدام به بررسی و ارزیابی وقوع عیوب در آنها می نماید .هدف اصلی از انجام تحقیقات این رساله، مطالعه رفتار دینامیکی و عیب یابی مدل فیزیکی سازه جکتی بر پایه تئوریهای شناسائی سیستم بوده و در راستای آن محیط آزمایشگاهی مناسبی جهت مدلسازی فیزیکی رفتار سازه هایی از این دست فراهم شده است .با تحقق این اهداف، بستر نسبتا مناسبی جهت تحقیقات دامنه دار در ارتباط با مسائل مهندسی مرتبط با دینامیک سازه و هیدرودینامیک سازه های دریایی، فراهم گردیده است .به منظور تهیه داده های تجربی جهت استفاده در روشهای تئوری پیشنهادی این پژوهش، آزمایشها بر روی دو نوع نمونه مختلف انجام گرفته است .در مرحله اول، تئوریها از طریق آزمایش خشک و بر روی مدلی ساخته شده از ماده مشابه با جنس سازه واقعی بررسی شده اند .نتایج حاصل از این آزمایشها برای ارزیابی روش جدید پیشنهادی که ‮‭UMFLS‬ نامیده شده، استفاده گردیده است .آلگوریتم این روش بر مبنای مشخصه های استخراجی در حوزه فرکانسی می باشد .بدین منظور روش دیگری برمبنای وفق دادن آلگوریتم پیشنهادی بر اساس مشخصه های مکتسب از داده های ثبت شده سری زمانی نیز پیشنهاد و مورد ارزیابی قرار گرفت .جهت در نظر گرفتن عوامل مختلف دخیل در کارآیی روشها نیز نویزهای محیطی به عنوان عوامل عدم قطعیت و افزایش زوایای زیر فضا به عنوان پارامتری جهت ردگیری افزایش غیرخطی شدن هندسی رفتار سازه بیان شدند .دسته دوم آزمایشها نیز بر روی یک مدل مقیاس شده مورد مطالعاتی) سکوی ‮‭SPD۹)‬ در یک فلوم موجساز انجام گرفت .هدف از انجام آزمایشهای دسته دوم نیز ارزیابی شرایط یک مدل مقیاس شده است تا با دیدگاه مدل هیدروالاستیک، یک شرایط میدانی کنترل شده فراهم و مورد سنجش قرار گیرد .لازم به توضیح است که تحقیقات بسیار اندکی در ارتباط با آزمایش مدل مقیاس شده یک سازه جکتی در شرایط داخل فلوم مولد موج، در میان ادبیات فن گزارش شده است .در یک دیدگاه، مسئله عدم قطعیت به عنوان هدف مفروض مهم برای مطالعه حاضر در طرح ریزی روشهای آن در نظر گرفته شد تا نهایتا سیستم پایش کارآمدی که از حساسیت کمتری نسبت به عدم قطعیتهای مدلسازی و همچنین تخمینهای تجربی برخوردار است، پیشنهاد شود .در این راستا از نتایج ارزشمند برآمده از متون علمی در کنار توجه به کاستیهای مشاهده شده، استفاده گردید .دیدگاه غایی برای پژوهش حاضر، ایجاد الگوی روشی انعطاف پذیر به گونه ای است که ضمن ترسیم طرحی برای ساخت چهارچوبی هدفمند جهت انجام فرایند پایش بلند مدت سکوهای دریایی، بسط و توسعه زیر بخشهای آلگوریتم آن با توجه به شرایط گوناگون پیش روی نمونه های مختلف مطالعاتی، امکان پذیر باشد .قطعا چنین دیدگاههایی، راه را برای طرح جدیدترین تکنولوژیهای میدانی بر روی سازه های عملیاتی موجود فراهم می سازد .در بخشی از بررسیهای این پژوهش، عملکرد آلگوریتم تفکیک عیب پیشنهادی ‮‭UMFLS‬ بر مبنای دو دیدگاه حداکثر درجه عضویت و همچنین پنجره لغزان، شکل داده شد و نتایج با در نظر گرفتن عامل نویز محیطی، با هم مقایسه گردیدند .مشاهده گردید که اعمال دیدگاه دوم) که بعضا در ارتباط با سازه هایی با هندسه ساده از موفقیت بیشتری برخوردار است (در بررسی مورد مطالعاتی این پژوهش ناموفق عمل می کند .علت این ناتوانی به مسئله احتمال بالای همپوشانی بین شاخصهای عیب به خصوص به هنگامیکه ضابطه ها مرتبط با یک تراز عیب باشند، ارتباط داده شد .در آزمایشهای مدل مقیاس شده نیز با محاسبه فرکانس اصلی در آزمایش رهاسازی و مقایسه آن با شرایط پروتوتیپ، مشاهده گردید که ضمن در نظر گرفتن قواعد مدل فرود، مدل فیزیکی از رفتار الاستیک مقیاس شده نیز برخوردار است .مسئله مهم در بررسی نتایج آزمایش مدل دوم، تشخیص دشوارتر مودها نسبت به مدل اول می باشد .علت اصلی این مسئله را می توان به جنس مصالح تشکیل دهنده نسبت داد، چراکه انتقال امواج مکانیکی از طریق مصالح چکش خوار نظیر فلزات در مقایسه با مواد پلیمری راحتتر انجام می گیرد .از سوی دیگر، نتایج نشان دادند که روش عملی ضربه، قادر به تامین انرژی مورد نیاز برای تحریک مناسب سازه نبوده و دیدگاه این روش در انجام پایش عملی رفتار سازه مناسب تشخیص داده نمی شود .در بررسی شرایط تاثیر امواج آب به عنوان عامل تحریک محیطی، مشاهده گردید که در کنار اثر نویزهای محیطی، قادر به فراهم نمودن مشخصه های مفسر مناسب نمی باشد .در نهایت مشاهدات حاصل، دال بر کارآمد بودن روش عملی رهاسازی برای انجام میدانی روش پایش مورد نظر می باشد

Structural monitoring is essential for ensuring the structural safety performance during the service life. The process is of paramount importance in case of the offshore jacket-type platforms due to the underwater structural parts subjected to the marine environmental conditions. This work is an experimental investigation on the laboratory models of the jacket-type platforms with the objective of establishing a baseline finite element (FE) model for long-term structural health monitoring (SHM) for this type of structures. A robust damage diagnosis system is also developed which is less sensitive to both the measurements and modeling uncertainties and has been named UMFLS.In recent years, several researchers have studied damage detection in offshore jacket platforms. As evidenced in the literature, due to the many practical problems encountered in such methods, e.g., structural complexity, load and operational conditions and difficulties caused by various types of uncertainties, efforts at further developing these techniques for offshore platforms were largely abandoned by the early 1980s. For this reason, in subsequent years, few researchers have addressed damage detection in offshore jacket platforms. In addition, despite of these efforts, there has been no work directly focusing on the effects of uncertainties as the main scope of the study in an effort to circumvent the major problem and applying such techniques to offshore platforms.In this study, the problems of uncertainties and the effects of nonlinearity were considered to be the main objectives in developing and evaluating a robust damage detection system. These concepts are investigated by the adaptation of two methods based on different standpoints: experimental modal analysis and time-capture data processing. In addition, one implicit objective of this study is to discuss the inherent difficulties of implementing SHM techniques for complex structures, such as offshore platforms. The development of such methodologies would be extremely useful in enabling technologies that can be applied to offshore platforms in service to provide improved damage detection with fewer false alarms. In this work, the initial results have been obtained through two types of the experimental tests. At first, a physical platform model was constructed for implementation of the dry tests. To allow for the empirical evaluation of the proposed damage assessment method, the model was designed so that several damage scenarios can be introduced by stiffness reduction in selected structural members. Experimental vibration tests were conducted using data based on operational modal analysis with exogenous forces (OMAX). Application of two different structural fault isolation techniques for the case study of this research are investigated experimentally and compared with each other to determine the most suitable method. In contrast of the case of the simple beams, the second technique i.e. the sliding window technique is not more capable than the highest degree of membership method and also is an unsuccessful method for the case study of this research. This is because of the strong possibility of overlapping between the damage indicators, especially at the rules which are related to the same level of damage at two neighbor members. The objective of the second type of the physical model studies is to investigate the efficiency of the mentioned concepts for a 1:100 scaled model of an operational case-study jacket offshore structure (SPD8 platform jacket located south-west of the Persian Gulf) placed in a wave maker flume using the OMAX approach. One main purpose for this study is an experimental investigation on the laboratory model of the jacket platform, for exploring the feasibility of adapting vibration responses due to impulse and relaxation, for structural monitoring. This is one of a few studies in the literature that report experimental investigations of the dynamic response of scale models of fixed offshore structures. Experimental investigations of scale models provide means to validate numerical calculations and approximate methods. This effort also can provide a controlled environment in which the effect of specific parameters can be studied

Fixed offshore structures

Sistem Identification

Physical model

wave maker flume

Structural health monitoring

مجتهدی، علیرضا

لطف اللهی، محمدعلی، استاد راهنما

حسن زاده، یوسف، استاد راهنما

امین فر، محمدحسین، استاد مشاور

اتفاق، میرمحمد، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی