دانلود پایان نامه درمورد تشخیص ناهنجاری و مقایسه نتایج


Widget not in any sidebars
ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻫﻴﻠﺒﺮت اوﻟﻴﻦ ﺑﺎر در ﺗﻔﺴﻴﺮ دادهﻫﺎی ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﺑﻲﻫﻨﺠﺎریﻫﺎی دوﺑﻌﺪی ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ. رائو و همکاران (1982) طی یک مقاله به بازخوانی تبدیل هیلبرت جهت پایش و سلامتی سازهها از جمله ساختمانهای بتنی به صورت اجمالی پرداختند[9[.
اوﻟﻴﻦﺑﺎر، ﺳﺎﻧﺪرﺟﺎن و ﻫﻤﻜﺎران (1990) از روش ﺗﺒﺪﻳﻞﻫﻴﻠﺒﺮت ﺑﺮای ﺗﻔﺴﻴﺮ دادهﻫﺎی ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ در ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﺻﻔﺤﻪ ﺷﻴﺐدار اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮدﻧﺪ. در اﻳﻦ ﺗﺤﻘﻴﻖ ﺑﺎ روش ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ ﺧﻮدزا و ﺑﻪ ﻛﺎرﺑﺮدن ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻫﻴﻠﺒﺮت، اوﻟﻴﻦﺑﺎر ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﺳﺎﺧﺘﺎرﻫﺎی ﻫﻨﺪﺳﻲﻛﺮه، اﺳﺘﻮاﻧﻪﻗﺎﺋﻢ و اﻓﻘﻲﺑﻪ دﺳﺖ ﻣﻲآﻳﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ روش ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻫﻴﻠﺒﺮت ﺑﺮای دادهﻫﺎی ﻧﻮﻓﻪای 5(درﺻﺪﻧﻮﻓﻪﺗﺼﺎدﻓﻲ) ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. ﻛﻪ در ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﻣﺪل ﺑﻴﻦ 8 ﺗﺎ 10 درﺻﺪ ﺧﻄﺎ اﻳﺠﺎد ﺷﺪه اﺳﺖ، ﺑﺎ ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺑﺎ روش ﻣﻴﺎﻧﮕﻴﻦ ﻣﺘﺤﺮک ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﻛﻪ ﺑﺮای دادهﻫﺎی ﻧﻮﻓﻪای ﺧﻄﺎی ﻛﻤﺘﺮ از 3 درﺻﺪ اﻳﺠﺎد ﻣﻲﺷﻮد[13].
کوییک و همکاران یک رویکرد مبتنی بر تبدیل هیلبرت را جهت تشخیص ناهنجاریها در تیرها به تصویب رساندند،تمام این روشها استفاده از یک نیروی تک نقطه ای جهت تولید داده های ارتعاش میباشند هم نتایج نظری و هم عددی نشان میدهد این روش جهت نظارت بر ایمنی سازه و تیر تحت بار بسیار قوی میباشد و قادر به شناسایی مکانهای آسیب دیده با دقت خوب میباشدو نسبت به شناسایی عمق آسیب حساس نیست اما جهت موقعیت آسیب و سروصدای محیط در حالی که با سرعت از بار متحرک از نتایج اصلی این مقاله است و به طور دقیق تر این مقاله نشان میدهد پاسخ مجموع امواج فرکانس بالا و پایین است زمانی که سرعت بار در حال حرکت کوچکتر از سرعت بحرانی است. روش شناسایی متکی بر تعیین ماکزیمم پیک در اولین منحنی فرکانس زمان است.
عملکرد این روش جهت مکانهای با آسیبهای مختلف،عمق آسیب و سرعت ارزیابی بار در حال حرکت میباشد این روش قادر به شناسایی بخش نسبتا آسیب دیده با عمق ترک 25% ارتفاع آن بخش میباشد و به سروصدای محیط بسیار حساس نیست و این روش نشان میدهد جهت سرعت دور از سرعت بحرانی عملکرد خوبی دارد و کلا جهت محدوده سرعت کاربرد دارد[14[.
اسماعیل و همکارانش یک روش برای تعیین محل و شدت آسیبهای لانه زنبوری در تیر بتن مسلح پیشنهاد دادند که با استفاده از حالت رگرسیون فرکانس متمرکز بر حداقل داده ها می باشد.
در این مقاله حالت انحناء در شرایطی که تیر سالم و آسیب دیده و سپس اشکال حالت جابجایی به صورت عددی براورد شده است.که بر این اساس لحظه اعمال شده در تیر در هر دو حالت به کاهش سختی همراه با آسیب در انحناء تیر منجر میشود بنابراین وجود و میزان خسارت را میتوان با اندازه گیری میزان تغییر در حالت انحنای شکل تخمین زد که انحناء اغلب با استفاده از تقریب تفاضل مرکزی محاسبه میشود[15[.
یینفنگ (2008) تبدیل هیلبرت را به عنوان یک روش جدید برای پردازش سیگنال های غیرخطی و غیرثابت معرفی نمود و با توجه به محدودیت هایی که این تبدیل دارد در این مقاله جهت برطرف کردن این محدودیت ها از روش ارتقا یافته تبدیل هیلبرت استفاده نمود و از مدل Varma جهت تعیین فرکانس های آنی از توابع مودی ذاتی و طیف هیلبرت استفاده شده است. نتایج ایشان حاکی از آن بود که روش ارتقا یافته جهت طیق هیلبرت کاربرد بیشتری دارد و با اعمال این تبدیل جهت شناسایی آسیب هتل وان ناشی از زلزله نورتریج 1994 دریافتند که این روش ارتقا یافته یک ابزار قدرتمند جهت تشخیص آسیب ساختاری می تواند مورد استفاده قرار گیرد[5[.
زرافشان و انصاری، در سال 2012 برای تیرهای فولادی یک پل به طول عرشه اصلی و میانی 21.94 متر و مقطع 130*33 سازهای نیمه فعال و هوشمند توسط ماتریسی تعریف نمودند. برای هوشمندسازی و پایش سلامتی آن از 10 سنسور بهره بردند. برای مدلسازی پل مورد مطالعه از نرمافزار اجزای محدود ANSYS استفاده کردند. سنسورهای بر روی بال زیرین تیر نصب شده بود. آنها سناریوهای مختلفی را مورد ارزیابی قرار دادند. تعداد این سناریوهای مورد مطالعه 5 فرآیند بود؛ که طول عرشه از 9.3 متر تا 21.94 متر ادامه داشت. درصد امواج ورودی جهت تحلیل برای همه فرآیندها 10 درصد درنظر گرفته شد.در مقایسه نتایج مطالعه تئوری و آزمایشگاهی ایشان میتوان به این نکته اذعان داشت که تبدیل هیلبرت روش مناسب با پاسخهای بهینه برای تعیین خسارت و هوشمند سازی سازه است؛ که در مطالعه زرافشان 13% تا 22.5 درصد پاسخهای مناسبتری برای سناریوهای میانی نسبت به طول اصلی داده است[16[.
نایبی و بهار (1392)، طی یک مقاله به معرفی روش جدیدنوفهزدایی درسازههای الاستیک بااستفاده از تبدیل هیلبرت هوآنگ پرداختند. روش جدید پیشنهاد شده با حذف قسمتهای نامناسب توابع دینامیکی سیستم شناسایی شده، مشخصههای زمان-فرکانس-دامنه وضوح بیشتری یافته و پاسخ نوفهزدایی میشود. آنها صحت و دقت روش پیشنهادی خودشان را با استفاده از پاسخهای سیستمهای یک درجه آزادی خطی با پریودهای مختلف ارزیابی نمودهاند. در حقیقت در بسیاری از موارد با یک سیگنال نامانا و غیرخطی خطاهای عددی ناشی از تکرار به دفعات زیاد روش تجزیه تجربی مودی، وضوح نمایش دو یا سه بعدی پاسخ سیگنال بصورت زمان-فرکانس-دامنه به گونهای مخدوش میشود که تعیین خصوصیات آنی و دریافت روند کلی رفتاری سازه بسیار دشوار میگردد. در ورش پیشنهادی پس از محاسبه نمودار آنی زمان-فرکانس-دامنه بخشهایی از سیگنال که دارای دامنه آنی کوچکتر از یک حد مشخص، مانند 10 درصد، میباشند از سیگنال اصلی کنار گذاشته میشود. آنها روش خود را بر روی سازه یک درجه آزادی با رفتار الاستیک اعمال کردند و توانمندی این روش در کاهش خطاهای عددی ناشی از روش غربالگری است[17].
رمضانی و بهار (1388)، طی یک مقاله ابتدا به معرفی تبدیل کلاسیک هیلبرت-هوآنگ به عنوان ابزاری برای پردازش دادههای نامانا و غیرخطی پرداخته شده ومحدودیتهای آن در بخش تحلیل طیفی هیلبرت پرداختند. برای عدم رویارویی با این محدودیتها و ارتقاء عملکرد تبدیل کلاسیک، روشی پنج مرحلهای با عنوان تبدیل ارتقاءیافته هیلبرت-هوآنگ ارائه شده است. در ادامه بر پایه تبدیل ارتقاء یافته، یک روش شناسایی خروجی-تنها پیشنهاد گردید و از آن برای شناسایی فرکانسهای طبیعی و مود شکلهای یک ساختمان پانزده طبقه استفاده شد. هرکدام ازتبدیلهای کلاسیک و ارتقاء یافته در روند شناسایی فرکانسهای طبیعی مورد استفاده قرار گرفتند که بر خلاف تبدیل کلاسیک هیلبرت-هوآنگ، تبدیل ارتقاء یافته پیشنهادی توانست ازطریق تنظیم پارامترهموارسازی سه فرکانس طبیعی اول متعلق به هرمؤلفه را با تفکیک پذیری قابل قبول محاسبه نماید. همچنین،فرکانسهای طبیعی حاصل ازروش پیشنهادی با مقادیر حاصل از روش شناسایی زیرفضای تصادفی مقایسه شدهاند. با اینکه روش شناسایی پیشنهادی از دیدگاه ساختاری تفاوت قابل ملاحظهای باروش زیرفضای تصادفی دارد، مقادیر فرکانسی شناسایی شده توسط هردوروش بسیار به هم نزدیک هستند. روش شناسایی پیشنهادی این توانایی را دارد که با محاسبه مود شکل متناظر با هر فرکانس، معیار مناسبی برای قضاوت در مورد صحت فرکانسهای طبیعی دراختیار قرار دهد. ارزیابیها نشان میدهند، در حالیکه روش شناسایی پیشنهادی از پیش زمینه نظری بسیار سادهتری نسبت به روش شناسایی زیرفضای تصادفی بهره میگیرد،توانمندی بالایی درشناسایی خصوصیات دینامیکی سیستمهای سازهای دارد[18].
رئوفی (2010) از روش پردازش سیگنال جهت تشخیص فرکانس سازه در ساختمان سه طبقه با قاب خمشی استفاده نمود این روش بر روی تغییرات در پاسخ ارتعاشات لرزه ای با استفاده از تبدیل هیلبرت – هوانگ و همچنین مقایسه بین زمان و مقدار فرکانس سیستم و آسیب وارد شده صورت پذیرفت. نتایج ایشان نشان داد که این روش برای تشخیص آسیب های لحظه ای مناسب بوده و همچنین پاسخ دورانی گره به عنوان بهترین گزینه برای تجزیه و تحلیل تشخیص آسیب در قاب معرفی شده است[19].
فصل چهارم
روش های رایج در پردازش سیگنال
4-1 مقدمه
همانگونه که در قبل بیان شد سیگنال و پردازش آن روشی رایج هر چند پایه برای تشخیص و تحلیل آسیب است؛ سعی شده در این بخش معرفی روشهای پردازش سیگنال همراه با مقایسه آنها آمده است، تا بتوان درک پسندیدهای از این گونه تحلیل داشت.
4-2 مقایسه روشهای رایج در پردازش سیگنال
تشخیص آسیب در سازههای بزرگ به روش بصری محیطی امری هزینهبر وغیر موثر به حساب می آید. لذا به این دلیل روشی که بتواند بصورت موثر رخداد آسیب را شناسایی و محل آن را معلوم کند مورد نیاز است.پایش سلامتی سازه پاسخ سازه را تحت انواع بارگذاری کنترل شده و کنترل نشده را تحلیل می کند. پس ازوقوع هر زمین لرزه یکی از مهمترین کاربردهای اطلاعات ثبت شده در ساختمان های دستگاه گذاری شده، استفاده ازاین اطلاعات در رصد کردن سلامت ساختمان وبراورد خسارات احتمالی بر سیستم های سازه ای می باشد[7]. یکی ازاین سیستم های مقاوم که امروزه بصورت گسترده ای در سازه های ساختمانی(چه بتنی وچه فولادی ) بکار گرفته می شوند، قاب های خمشی هستند که مقاومت آن ها درمقابل بارهای جانبی مانند زلزله وباد در اثر مقاومت خمشی تیر ها وستون ها تامین می شود .
انجام آنالیز زمان-فرکانس پاسخهای ثبت شده،ازجمله روش هایی است که برای تشخیص خسارت در سازه ها استفاده می شود. پردازش سیگنال شامل روشهایی برای استخراج اطلاعات از سیگنال می باشد. انتخاب روش بستگی دارد به فضای سیگنال و طبیعت اطلاعاتی که سیگنال حامل آنها می باشد. سیگنالها را می توان بصورت توابع تعریف کرد. بعنوان مثال یک سیگنال صوتی یا یک سیگنال زلزله را می توان بصورت یک تابع یک بعدی نسبت به زمان در نظر گرفت . این توابع ریاضی می توانند درفضای اولیه و یا در فضای تبدیل یافته سیگنال تعریف شوند[1]. در این فصل در مورد سیگنال و تبدیلات صحبت می کنیم. پاسخ های ثبت شده در شتاب نگاشت های نصب شده بر روی سازه را نمی توان مستقیما مورد ارزیابی قرارداد .
4-2-1 انواع آسیب
آسیب را میتوان به دو دسته خطی و غیرخطی تقسیم کرد. اگر سازهای پس از وقوع آسیب به صورت خطی رفتار کند آسیب را خطی واگر سازه بصورت خطی رفتار نکند آسیب را غیرخطی مینامیم. بطور مثال ترک ناشی از خستگی در میلههای دوار که تحت بارگذاری دائم قرار دارد نمونهای از ترک غیرخطی است.در بسیاری از روشهای تشخیص آسیب نوع آسیب از نوع خطی فرض میشود.
4-2-2 انواع شیوه های تشخیص آسیب
روشهای تشخیص کنونی آسیب را می توان به دو نوع محلی وجامع تقسیم کرد.در روشهای تشخیص آسیب محلی مکان تقریبی آسیب شناسایی شده و سازه را به صورت محلی تحلیل میکند. ناحیه آسیب دیده جهت تشخیص موثر باید در دسترس باشد.روش جریان هادی ویا روشهای استفاده از امواج صوتی از این دست هستند [20].
برخلاف روشهای محلی روشهای جامع نیازی به دانستن حدود آسیب ندارند.این روشها با پاییدن تغییرات در خصوصیات لرزهای سازه به تشخیص آسیب و شدت آن می پردازند.تغییر در مشخصات دینامیکی سازه میتواند ناشی از وقوع آسیب باشد.چرا که این مشخصات تابعی از خصوصیات فیزیکی سازه مثل جرم میرایی و سختی میباشد [20].
4-3 روشهای تشخیص آسیب