پایان نامه ارشد درمورد عدم قطعیت، دینامیکی، عوامل محیطی

دانلود پایان نامه ارشد

و روبنا و یا اجزای سازهای و غیرسازهای تشکیل شدهاند. اتصال و اندرکنش این زیر سیستمها پیچپیده و معمولا متغیر و غیرخطی است.
طراحی و در برخی موارد جوابگو حساسیت روشهای شناسایی به نوفه نیستند. بنابراین نیاز است که موضوع نوفه زدایی به صورت موضوعی بنیادی و اساسی مطرح و مورد بررسی قرار گیرد.
انتخاب بهینه درجات آزادی
سیستمهای سازهای دارای درجات آزادی بیشتری در مقایسه با سایر سیستمها هستند و همواره بخشی از آنها علیرغم اهمیت، پنهان مانده و در مدلهای مورد بررسی قرار نمیگیرند و موجب ایجاد خطا در فرایند شناسایی میشوند. از طرف دیگر درنظر گرفتن تعداد زیاد درجات آزادی، موجب افزایش حجم عملیات و در برخی موارد غیر عملی شدن محاسبات میشود ]1[.

مراحل فرآیند شناسایی سازهای
کمیته شناسایی سازههای عمرانی انجمن مهندسی راه و ساختمان آمریکا ((ASCE ، جهت سازماندهی الگوهای متعدد شناسایی سازهها، 6 مرحله را برای انجام فرایند شناسایی سازههای موجود، معرفی نموده است که در شکل(1-1) نشان داده شده است. این مراحل عبارتند از:

مراحل شناسایی سازهای معرفی شده توسط کمیته شناسایی سازههای ساخته شده ASCE . ]2[.
1-هدفها، مشاهدات و ادراک
اولین مرحله فرایند شناسایی سازهای، آشنایی با خود سازه و همچنین هدف فرآیند شناسایی است. در این مرحله معمولا قابلیت شناسایی تمامی عدم قطعیتها امکانپذیر نیست. اگر وضعیت کنونی سازه به درستی شناخته نشود، عدم قطعیتهای زیادی با مدلهای رفتاری همراه شده که منجر به مدلسازی ضعیف مانند سادهسازیهای سهوی و ایده آلسازیهای نادرست از مکانیسمهای بحرانی و طراحی ناقص آزمایشات شده و اثرات معکوسی در تمامی گامهای بعدی را بدنبال خواهد داشت ]2[.
2- مدلسازی (مدلهای تحلیل و عددی)
اندازهگیری هندسه و مدلسازی 3 بعدی، گام مهمی است که اغلب در فرایندهای شناسایی حذف میشود. در موارد بسیاری، استفاده از نمونههای 2 بعدی برای موارد واقعی، منجر به خطاهای زیادی شده است. بسته به هدف در نظر گرفته شده برای فرآیند شناسایی، روشهای مدلسازی انتخاب و پیچیدگیهای سازه مورد شناسایی قرار میگیرد. همچنین فرضیات مدلسازی با استفاده از آنالیز حساسیت و مقایسه چندین روش مدلسازی میبایست اندازه گیری شود ]2[.
3-انجام آزمایش (مشاهدات، فرآیند sensing و ثبت داده)
این مرحله از فرایند شناسایی به دلیل برقراری ارتباط عددی با سازه موردنظر از اهمیت بالایی برخوردار است. لازم به تذکر است که آزمایش روی سازههای واقعی جزو مباحث نوظهور پژوهشی به شمار میآید. بارگذاری، دستگاهای اندازه گیری، ثبت دادهها، اطمینان از کیفیت دادهها و نحوه مستندسازی آزمایشات نیاز به آموزشهای تخصصی و چندین رشتهای دارد. چالش اساسی آزمایشهای واقعی در سازههای عمرانی، دستیابی به بامعنیترین دادهها و کمینه کردن عدم قطعیتهای ذاتی دادهها جهت تسهیل در تفسیر دادهها است. با وجود اینکه خطاهای ناشی از حسگرها (سنسورها)، با استفاده از بهترین روشهای کالیبره کردن و نصب سنسورها قابل کاهش است، چالش ذکر شده به مواردی بیش از کمینه کردن خطاهای تصادفی و بایاس9 حسگرها نیازمند است. غلبه بر این چالش نیاز به تشخیص، درک و کاهش دادن هرچه بیشتر خطاهایی دارد که در اثر پیچیدگیهای سازههای عمرانی (‏جدول (1-1) : جدول 1-1) ایجاد میشوند.
4-فرآیند پردازش دادهها (غربالگری خطاها و استخراج مشخصات)
مرحله چهارم فرایند شناسایی سازهای شامل پردازش و تفسیر دادهها است. هدف از پردازش دادهها، دستیابی به دادههای مناسبتر جهت روند تفسیر است. دسترسی به دادههای مناسبتر با پاک کردن دادهها از خطاهای فاحش10 و مخفی11 (مانند عبور برق، نقص فنی سنسورها، تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال و …)، افزایش کیفیت دادهها (از طریق میانگیری، عبور از فیلترهای مختلف، عبور دادهها از پنجرهها و …) و در انتها فشرده سازی و تبدیل دادهها به دادهایی با قابلیت تفسیر بهتر انجام میگیرد. نوفههای موجود در دادهها را میتوان به دو دسته اصلی فرکانس بالا (دارای محتوای فرکانسی بالا) و فرکانس پایین (محتوای فرکانسی پایین) تقسیم بندی نمود ]2[. به اختصار دو نوع از اصلی ترین این نوفهها را شرح داده میشود:
1-نوفههای محیطی12: این نوفهها در اثر لرزش دستگاههای مکانیکی، عبور و مرور خودروها و عوامل محیطی نظیر باد ایجاد میشود. این نوفهها همراه با سیگنال نیروی ورودی وارد فرایند شناسایی شده و بسته به محتوای فرکانسی خود، دارای حالتهای مختلفی نظیر هارمونیک تا نوفه سفید است. این نوفه به صورت فرکانس بالا است و با استفاده از فیلتر پایین گذر قابل حذف از سیگنال است ]3[.
2-نوفههای دستگاهی13: این نوفهها در اثر خطاهای دستگاههای اندازه گیری ایجاد و در پاسخها ظاهر میشوند. آن دسته از نوفههایی که دارای محتوای فرکانسی پایین هستند خطاهای خط پایه 14را در پاسخها ایجاد و با فیلتر بالاگذر 15تا میزان زیادی قابل رفع هستند، اما نوفههای دستگاهی با دامنه فرکانسی بالا را نمیتوان به راحتی از سیستم حذف نمود ]3[.
مرحله بعدی پردازش دادهها، تفسیر مستقیم از دادهها است که وابستگی زیادی به اهداف و محدودیتهای شناسایی سازهای در کاربرد دارد. تفسیر مستقیم دادهها شامل انطباق دادن مدلهای عددی به دادههای پردازش شده است. این روشها به دلیل نیاز کمتر در ارتباط با کاربر و توانایی پردازش حجم زیادی از دادهها، به عنوان ابزاری قدرتمند برای پایش مداوم سازهها شناخته میشوند ]2[.
5-مقایسه نتایج و آزمایش (انتخاب و شناسایی پارامترهای مدل و بروز رسانی)
گام پنجم فرایند شناسایی سازهای، شامل انتخاب و کالیبراسیون (بروز رسانی) مدلهای سازهای است. مدلهای سازهای بر خلاف مدلهای عددی که برای تفسیر مستقیم دادهها استفاده میشوند، جهت شناختن فیزیک سازههای ساخته شده فرموله شدهاند. در صورت تفسیر مستقیم دادهها، انجام این مرحله اختیاری قلمداد میشود. در صورتی که تغییری در پاسخ سازه مورد مطالعه توسط مدلهای عددی شناسایی شود، مراحل بعدی شامل شناخت عامل این تغییر و بررسی تأثیر این تغییر در عملکرد سازه است که توسط مدلهای سازهای انجام میگیرد. فرایند انتخاب مدل موضوع مهمی است که کمتر به آن پرداخته شده است، در حالیکه تأثیر زیادی روی موفقیت کلی فرایند دارد. توسعه مدلهای اجزاء محدود با استفاده از فرضیات و ایدهآلسازیهای مهندسی (با توجه به عدم قطعیتهای سازههای عمرانی)، نامناسب خواهد بود. در عمل چندین استراتژی مختلف مدلسازی استفاده و با مقایسه نتایج، بهترین مدل انتخاب شده و جهت بهروز رسانی اطمینان حاصل میشود. فرایند بهروز رسانی شامل بهینه سازی مجموعهای از پارامترهای مودال، جهت کمینه نمودن اختلاف میان نتایج مدل و نتایج آزمایش است. روشهای کالیبره کردن را میتوان بر اساس نحوه انتخاب پارامترها جهت شناسایی، فرمولاسیون تابع هدف و روش مورد استفاده جهت بهینه یابی تقسیمبندی کرد. از جمله روشهای بهروز رسانی میتوان به این موارد اشاره کرد:
بهروز رسانی مدل بر اساس روش اکتشافی (Manual, Heuristic-Based Model Calibration)
یکی از پایهای ترین روشهای بهروز رسانی مدل، مطالعه حساسیت پارامترها است تا تأثیر تغییرات پارامترهای انتخابی روی خصوصیات دینامیکی شبیه سازی شده یک سازه مورد بررسی قرار گیرد و همچنین بحرانی ترین پارامترها برای بهروز رسانی مدل در مقیاس کلی مشخص شوند. بهروز رسانی مبتنی بر آنالیز حساسیت پارامترها را میتوان توسط روندی اتوماتیک و یا دستی (با انجام آنالیز حساسیت پارامترها و بررسی تأثیر آنها روی پاسخ سازه هم از لحاظ ریاضیاتی و هم ترمهای فیزیکی) انجام داد. بر اساس تجربه در این رویکرد، حساس ترین پارامترها میتواند خصوصیات مواد، شرایط مرزی و پیوستگی باشد (اکتان و همکاران 1998). در پلها خصوصیات بحرانی شامل مدول الاستیک بتن، خصوصیات رابط صلب مورد استفاده برای اتصال المانهای محدود تیر و پوسته عرشهها، شرایط مرزی و کینماتیک سیستم متحرک است]2[.
برای بهروز رسانی اولیه در مقیاس کلی، اختلاف میان خصوصیات دینامیکی کلی اندازه گیری شده و پاسخهای مدل با تغییر پارامترهای حساس شناسایی شده، کمینه میشوند (اف. ان. کتباس و همکاران 2007). به مدلهای بهروز رسانی شده از طریق این روش، مدلهای “بهروزرسانی شده در مقیاس کلی” گفته میشود. کالیبراسیون مدلهای عددی در مقیاس محلی با انجام تستهای نیرویی کنترل شده توسط نیروهای معلوم و مقایسه نتایج تجربی و پاسخهای تحلیلی مدلهای اجزاء محدود امکانپذیر است ]2[.
بهروز رسانی ماتریس بهینه (Optimal Matrix Update Methods)
یکی دیگر از روشهای بهروز رسانی، بهروز رسانی مبتنی بر اصلاح ماتریسهای سازهای همانند ماتریسهای جرم، سختی و میرایی با استفاده از دادههای اندازه گیری شده استاتیکی و دینامیکی است. در این روشها جهت بهروز رسانی ماتریسها، بر اساس معادلات حاکم بر حرکت و دادههای اندازه گیری شده، روند بهینه سازی مقیدی تشکیل میشود. مقایسه ماتریسهای بهروزرسانی شده با ماتریسهای اصلی نشان دهنده ارتباط و همبستگی مدل و دادههای اندازه گیریشده است. به روشهایی که از حل مستقیم برای محاسبه ماتریسهای بهروز رسانی شده استفاده میکنند روشهای بهروز رسانی ماتریس بهینه اطلاق میگردد. این مسائل معمولا بر اساس ضرایب لاگرانژ و یا تابع جریمه فرموله میشوند. از جمله روشهای دیگر میتوان به این موارد اشاره کرد: ]2[
1-فرمولاسیون مسئله بروزرسانی بهینه بر اساس کمینه نمودن نرم Frobenius ماتریس آشفتگی پارامترهای کلی سازه با استفاده از قیدهای خطای نیروی مودال صفر و خصوصیت تقارن ماتریسها: مانند تحقیقات انجام شده توسط برانچ و بار ایتژاک ]4[، برمن و ناجی ]5[، کبه ]6[ و… . اسمیت و بتی ]7[ به توسعه روابط کبه (1985) جهت شامل شدن قید ممانعت پراکندگی پرداخته و مسئله را برای کمینه نمودن نرم ماتریس آشفتگی و نرم خطای نیروی مودال با درنظرگیری قیدهای تقارن و پراکندگی بازنویسی کردند. افرادی مانند کامر ]8[ نیز قید تقارن را در کمینه نمودن خطای نیروی مودال اعمال نمودهاند. در مقابل چن و گاربا روشی را برای کمینه نمودن نرم آشفتگی خصوصیات مدل با اعمال قید خطای صفر نیروی مودال ارائه داده است. آنها همچنین جهت اعمال مجموعه شناختهای شده از مسیرهای بار روی آشفتگی مجاز، قید اتصالات را اجرا و بدین ترتیب نتایج بهروز رسانی شده علاوه بر تراز ماتریس، در تراز پارامترهای اعضا بدست آمده است ]9[ ]10[ .
2-بهروز رسانی ماتریس بهینه بر اساس کمینه نمودن مرتبه (RANK) ماتریس آشفتگی: برای مثال دابلینگ]11[ روشی را برای محاسبه کمینه مرتبه بردار پارامتر بهروزرسانی شده در تراز عضو علاوه بر ماتریسهای سختی عضو و سختی کلی ارائه داده است. محدودیت این روش همانند سایر روشهای کمینه مرتبه این است که مرتبه آشفتگی برابر با تعداد مودهایی است که در محاسبه خطای نیروی مودال استفاده میشود.
از تکنیکهای بهروز رسانی بهینه جهت تشخیص آسیب نیز استفاده میشود. برای این منظور لیندر، توییتی و اوسترمن]12[ با فرمولاسیون سیستمی overdetermined بر اساس مجموعهای از پارامترهای آسیب که بیان کننده کاهش در سختی extensional برای هر عضو هستند، به این هدف پرداختند. پی. ال. لیو ]13[ تکنیک بهروز رسانی بهینهای برای محاسبه پارامترهای سختی و جرم اعضای سازههای خرپایی توسط فرکانسهای مودال و شکلهای مودی اندازه گیری شده ارائه و این روش را برای مکانیابی عضو آسیب دیده استفاده کردند.
بروز رسانی مبتنی بر حساسیت (Sensitivity-Based Update Methods)
این روش بهروز رسانی بر اساس حل سری مرتبه اول تیلور است که خطای تابع ماتریس آشفتگی را کمینه میکند. این روش شامل تعیین بردار پارامتر مدل اصلاح شده ( شامل پارامترهای مصالح و/یا هندسی) و بردار پارامتر آشفتگی است که با استفاده از روش نیوتن- رافسون تعیین میشود. نقطه تمایز روشهای مبتنی بر حساسیت، روش مورد استفاده برای تخمین ماتریس حساسیت است که میتواند شامل کمیتهای تحلیلی و تجربی باشد. برای حساسیت تجربی، روابط تعامد جهت محاسبه مشتقات پارامترهای مودال قابل استفاده است. روشهای حساسیت

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه ارشد درمورد عدم قطعیت، دینامیکی، شبیه سازی Next Entries منبع پایان نامه ارشد با موضوع سلسله مراتب، اخلاق پژوهش، گروه کنترل