پایان نامه ارشد درمورد شبیه سازی، توجیه اقتصادی، ارزیابی عملکرد

دانلود پایان نامه ارشد

تحلیلی معمولا نیازمند ارزیابی مشتقات ماتریسهای جرم و سختی هستند که نسبت به ماتریسهای حساسیت تجربی حساسیت کمتری نسبت به نوفه و آشفتگی پارامترها دارند ]2[.
ریکلس ]14[ روشی را برای بهروز رسانی مبتنی بر حساسیت ارائه داد، به گونهای که نوسانات سختی و جرم سیستم، موقعیت مرکز جرم، تغییر فرکانسهای طبیعی و شکلهای مودی، و فاکتورهای اعتماد آماری برای پارامترهای سازهای و تجهیزات آزمایشگاهی را به حساب آورده است. این روش از ماتریس حساسیت ترکیبی تحلیلی/تجربی استفاده کرده است، به گونهای که حساسیت پارامترهای مودال با استفاده از دادههای تجربی محاسبه و حساسیت ماتریس با استفاده از دادههای تحلیلی محاسبه شده است.
صنایعی و اونپید ]15[ روشی را برای بروز رسانی پارامترهای سختی مدل اجزاء محدود با استفاده از نتایج تست نیرو- جابجایی استاتیکی ارائه دادند. برای به حداقل رساندن تفاوت میان نیروهای اعمالی و نیروهای ایجاد شده در اثر اعمال جابجاییهای محاسبه شده به ماتریس سختی مدل، از پارامترهای بهروز رسانی شده که در تراز عضو هستند استفاده شده است. در ادامه نیز صنایعی و همکاران ]16[. حساسیت روش ارائه شده به نوفه را مورد بررسی قرار داده و صنایعی و سالتنیک به توسعه الگوریتم و آنالیز خطا تحت کرنش استاتیکی علاوه بر جابجایی پرداختند. ]17[.]18[. روشهای مبتنی بر حساسیت در ادامه بگونهای بسط یافتند که دربرگیرنده اطلاعات مودال و امکان استفاده از چندین پاسخ برای تخمین همزمان پارامترها را داشته باشد.(سانتینی ، صنایعی، لیو و اولسن ]19[ ).
بروز رسانی مبتنی بر تعیین سازه ویژه (Eigenstructure Assignment Method)
روش بهروز رسانی مبتنی بر تعیین سازه ویژه بر اساس طراحی یک کنترلر مجازی است بگونهای که خروجیهای آن جهت کمینه نمودن خطای نیروی مودال انتخاب میشوند ]20][21 .[دستاوردهای کنترلر به عنوان پارامتر آشفتگیهای ماتریس به مدل سازهای تفسیر میشوند. علاوه بر بهروز رسانی، از این تکنیک جهت شناسایی آسیب استفاده میشود. برای این منظور ” بهترین بردار ویژه قابل دستیافتن” محصول کنترلر مجازی با بردارهای ویژه اندازه گیری، مقایسه میشود ]21[. تکنیک تعیین سازه ویژه توسط محققین متعددی جهت تشخیص آسیب نیز مورد استفاده قرار گرفته است (کوب و لیبست ]23][24 [، لیندر و گاف ]25[، زیمرمن و کائوک ]26[). در ادامه لیم تکنیک سازه ویژه مقید را به صورت تجربی روی خرپای مسطح بیست دهانه اعمال کرد. این روش علاوه بر یافتن آشفتگیهای ماتریس سختی، آسیب را در تراز المان مسقیما شناسایی کرد. محاسبه آشفتگیهای در تراز المانها با قطری کردن خروجیهای کنترل انجام گرفته و مقادیر اعضای قطری بعنوان تغییرات خصوصیات ماتریس المانها تفسیر شده است. این تکنیک نتایج مطلوبی را با تجهیزات اندازه گیری محدود نیز از خود نشان داده است ]20][21 .[در نهایت نیز شوالز،پای و عبدالناصر ]27[ روش “تعیین تابع پاسخ فرکانسی” که شبیه تعیین سازه ویژه است را ارائه دادند. نویسندگان مسئله را بصورت حل خطی برای فاکتورهای آشفتگی جرم و سختی المانها بیان کردند که بجای نیاز به گامهای اضافی استخراج شکلهای مودی، مسقیما از تابع پاسخهای فرکانسی استفاده میکند.
بروز رسانی ترکیبی ماتریسی (Hybrid Matrix Update Methods)
کیم و بارتکویچ ]28[ تکنیک بهروز رسانی دو مرحلهای را برای تشخیص آسیب سازههای بزرگ با استفاده از تجهیزات اندازه گیری محدود ارائه دادند. در مرحله اول از روش بروز رسانی ماتریس بهینه برای تعیین ناحیهای از سازه که دچار آسیب شده، استفاده شده است. گام دوم روش شامل روش مبتنی بر حساسیت است که المان سازهای را که دچار آسیب شده است را مشخص میکند. سی. لی و اسمیت همچنین تکنیک بروز رسانی ترکیبی را ارائه دادهاند که به منظور محفاظت اتصالات مدل اجزاء محدود با راندومان محاسباتی بیشتری نسبت به الگوریتم تکرارشونده محافظت پراکندگی، آشفتگی ماتریس سختی را مقید نمودند ]29][30[.
بروز رسانی تکاملی (Evolutionary Optimization)
بهینه سازی تکاملی در واقع بخشی از مبحث احتمالات است، به این صورت که الگوریتمهای تکاملی تطابق مناسبی با بهینهیابی در مقیاس کلی دارند. این روشها از مجموعهای از راه حلهای بالقوه تحت عنوان “جمعیت” بهره برداری و بهینه یابی در مقیاس کلی را با همکاری و رقابت میان افراد جمعیت انجام میدهد تا از کاستیهای روشهای بهینه یابی کلاسیک جلوگیری کنند. از دیگر مزایای این روش بهینه سازی، تفاوتهای توابع هدف است، بنابراین تشکیل تابع هدف انعطاف بیشتری در مقایسه با سایر روشها دارد. برای مثال میتواند بر اساس فرکانس، شکلهای مودی و یا ضریب اطمینان مودی روابط بیان شود. در میان روندهای متفاوت بروز رسانی تکاملی، الگوریتم ژنتیک بیشترین استفاده را برای شناسایی پارامترهای مودال و تشخیص آسیب را دارا است (فریسول و همکاران 1998، مارس و سارس 1996، شینتون و هو 2006ب) عملکرد این روشها در شناسایی سازههای عمرانی تحت شرایط بارگذاری متفاوت موفقیت آمیز بوده است (بولر و استازوسکی 2004، کاسکیاتی 2003، چانگ 2005، هازنر و همکاران 1997، جانسون و اسمیت 2006، ناتکه و همکاران 1993 و …) ]2[
با استفاده از بهروز رسانی تکاملی، اجرای تابع چند هدفه در بروز رسانی مدل اجزاء محدود بسیار آسان میشود. انجام همزمان بهینه سازی همراه با چندین تابع هدف میتواند موجب اجتناب از ایجاد مشکلات ناشی از نیاز به انتخاب وزنهای مناسب برای ترکیب انواع مختلف دادههای اندازه گیری در تابع هدف واحد شود.
برای بهبود بهرهوری محاسبات، شناسایی پارامتر یک سیستم بزرگ میتواند در یک روند طبقهای انجام گیرد، بگونهای که وقوع و محل تقریبی تغییرات پارامترها در مرحله ابتدایی توسط مدل ابتدایی شناسایی و در مرحله بعدی، محل دقیق و میزان آسیب با استفاده از مدلی که برای ناحیه آسیب دیده تصحیح مجزایی شده است انجام میشود. پررا و روییز]3[ روند بهروز رسانی مدل اجزاء محدود چندین طبقهای را بر اساس بهینه سازی تکاملی چند هدفه انجام دادند.
6-استفاده از مدل برای تصمیم گیری (مطالعات پارامتریک، آنالیز سناریوها، ارزیابی ریسک و …)
استفاده از مدلهای توسعه یافته و بهروز رسانی شده طی فرایند شناسایی سازهای جهت موارد تصمیم گیری، در صورتی که توجیه اقتصادی داشته باشد، امری ضروری است. اکثر روشهای گزارش شده در مقالات پژوهشی، مربوط به مراحل 4 و 5 شناسایی هستند. در این روشها، رسیدن به تطابقی مناسب میان خصوصیات اندازه گیری شده و شبیه سازی شده، موفقیت تلقی میشود. در صورت عدم گسترش مفهوم موفقیت روشهای شناسایی، به توانایی آنها در تحت تأثیر قرار دادن فرایند تصمیم گیری، ممکن است مفهوم شناسایی از قلمرو حوزه پژوهش به موارد کاربردی گسترش پیدا نکند]2[.
اثرگذاری مناسب مدلهای تحلیلی بهروز رسانی شده در امر تصمیم گیری مشروط به توجهی مشابه با مراحل قبلی به این مرحله است. در صورتیکه تصمیمگیری در ارتباط با بهبود عملکرد یک سازه در سطوح مختلف عملکردی و یا ارزیابی عملکرد آینده یک سازه مورد پرسش باشد، تأثیرگذاری در امر تصمیم گیری به مهمترین مرحله فرآیند شناسایی مبدل میشود. بدون تمرکز کافی در این مرحله، آنالیز سود به هزینه 16مرتبط با فرایند شناسایی همیشه نامطلوب بوده و کاربردهای آن تحتالشعاع شک و تردید قرار میگیرد]2[.

انتخاب مدل
تفاوت اساسی میان روشهای شناسایی سازهای به فرم و فضای مدل مورد استفاده مربوط میشود. فرم مدل به عبارت ریاضی مورد استفاده برای پیش بینی رفتار سازه اشاره دارد، درحالیکه فضای مدل به نوع سیستم مختصات اشاره دارد. به دلیل وابستگی این دو پارامتر برای توصیف خصوصیات مدلهای تحلیلی مورد استفاده در فرایند شناسایی سازهای این دوپارامتر توامان با هم تعریف میشوند]2[. از جمله مدلهای مورد استفاده در فرایند شناسایی سازهای میتوان به مدلهای سازهای و مودال اشاره نمود.
مدل سازهای یکی از مدلهای متداولی است ک در شناسایی سازهای استفاده میشود. مدلهای سازهای به سه گروه تقسیم بندی میشوند که از میان آنها، مدل های اجزاء محدود دقیقترین مدل سازهای است. فرض متداول در این مدلها خطی بودن و ثابت بودن پارامترهای مدل است. روند متداول در مدلهای سازهای تعریف آنها به صورت تعینی است، در حالیکه در پارهای از موارد به صورت احتمالاتی نیز بیان شدهاند. این مدلها به فرم منفرد یا ترکیبی با سایر روشها برای شناسایی مورد استفاده قرار میگیرند]2[.
معمولا در مرحله ایتدایی مدلسازی، از مدل مورد استفاده در مرحله طراحی برای مدل کردن رفتار سازه در مرحله عملکرد استفاده میشود. استفاده از مدل طراحی به دلیل عدم نیاز به تأیید پارامترهای آن (مانند شرایط تکیه گاهی، هندسه و آسیب روی سازه ساخته شده) موجب صرفه جویی در زمان و هزینه میشود. در مرحله بعد، نتایج پیش بینی شده توسط مدل با مقادیر اندازهگیری شده از سازه واقعی مقایسه و در صورت عدم تطبیق، از نتایج آزمایشات برای بهروز رسانی مدل استفاده میشود. در مرحله بروز رسانی تعداد محدودی پارامتر برای کالیبراسیون انتخاب میشوند. این پارامترها مقادیری متفاوت از فرضیات در نظر گرفته شده در مرحله طراحی دارند و حالت ایدهآل این است پارامترهایی که دارای عدم قطعیت هستند مد نظر قرار بگیرند]2[.
بسیاری از مدلهای رفتاری قابلیت توصیف دقیق رفتار واقعی سازهها را دارا هستند. در هر مدل ترکیبات بسیاری از مقادیر پارامترها میتواند به عنوان پیش بینی معقولی بر اساس رفتار اندازه گیری شده باشد. در چنین مواردی به دلیل عدم درنظرگیری اثر ترکیبی خطاهای مدلسازی و اندازه گیری، شناسایی سازهای با چالشهای پیچیدهتری مواجه میشود. بیشترین کار انجام گرفته تا به امروز، انتخاب مدلهای محتملتر با استفاده از تجربه مهندسی است. استفاده از روشهای دادهکاوی مانند دسته بندی 17میتواند ایده اولیهای از توپولوژی فضای مدل مورد کاندید را در اختیار بگذارد. در این روش میتوان مرکز خوشهها (دستهها) بعنوان مدل احتمالی توصیف کننده رفتار سازهای در نظر گرفت. در این راستا رابرت نیکود، رافائل و اسمیت(2005) روش شناسایی چند مدلی را ارائه دادند. در این روش بر پایه مدلسازی ترکیبی و جستجوی احتمالاتی در مقیاس کلی، مجموعهای از مدلها تولید میشود بگونهای که ریشه میانگین مربعات آنها در محدوده اختلاف میان نتایج اندازهگیری و مقادیر پیش بینی شده قرار دارد]2[.
مدلهای مودال فرم متداول دیگری است که در شناسایی سازهای کاربرد دارد. این مدلها شامل فرکانسهای مودال، شکلهای مودی و نسبتهای میرایی مودال هستند و دربرگیرنده اطلاعات مشخصی در ارتباط با اتصالات و توزیع هندسی جرم، سختی و میرایی سازهها نیستند. از جمله مزایای این مدلها به موارد زیر میتوان اشاره کرد:
1-به کمک پارمترهای مودال (که توصیف کننده پارامتریک مدلهای مودال نیز هستند) میتوان فضای رزونانس و رفتار موقتی سازهها را توصیف نمود و بهعنوان فرمی ساده برای بیان رفتار سازه شناخته شدهاند.
2-پارامترهای مودال بیان دیگری از حل ویژه ماتریسهای جرم و سختی سازه هستند. همسویی نتایج مودال بدست آمده از آزمایشات و پیش بینیهای مدل تحلیلی، مدلهای مودال را به عنوان روشی مناسب برای بهروز رسانی معرفی میکند.
3-تابع پاسخ فرکانسی سازه را میتوان به شکل فرم استاندارد از پارامترهای مودال بیان کرد.
4- برای شبیه سازی پاسخ در محدوده خطی، مدلهای مودال از دقت قابل اعتمادی برای محاسبه عملکرد طی طیف وسیعی از حالات بارگذاری برخوردار است. این کاربرد امروزه بطور معمول در سقفها، ورزشگاهها و پلهای عابر پیاده برای حالت بارگذاری دینامیکی انسان استفاده میشود.
مدلهای مودال در مختصاتی به نام مختصات مودال تعریف میشوند. به کمک این مختصات میتوان حرکت ارتعاشی سازهها را توسط تعداد محدودی پارامتر توصیف کرد. در مختصات مودال، معادله حاکم بر حرکت سیستمهای بدون میرایی به این شکل بیان میشوند:

[m_r ]{q ̈(t)}+[k_r ]{q(t)}={f_r (t)}

در معادله‏ (1 -1) ، [“m” _”r” ] و [“k” _”r” ] ماتریس جرم مودال و سختی سازه هستند. {“q(t)” } بردار جابجایی مودال و

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه ارشد با موضوع سلسله مراتب، اخلاق پژوهش، گروه کنترل Next Entries پایان نامه ارشد درمورد روش حداقل مربعات، دینامیکی، افزایش مشارکت