دانلود پایان نامه ارشد: تشخیص آسیب ناشی از زلزله در تیرهای بتنی با بهره گرفتن از تبدیل هیلبرت

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد زاهدان

دانشکده تحصیلات تکمیلی، گروه عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد. «MS.C»

رشته مهندسی عمران، گرایش مهندسی سازه

عنوان:

تشخیص آسیب ناشی از زلزله در تیرهای بتنی با بهره گرفتن از تبدیل هیلبرت

استاد راهنما:

دكتر  فردین رئوفی

استاد مشاور:

دكتر  کامبیز نرماشیری

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان            صفحه

چكیده 1

فصل اول: کلیات… 2

1-1 مقدمه. 3

1-2 کلیات تحقیق.. 3

1-3 خلاصه ای بر پایش سلامتی سازه 3

1-4 کلمات کلیدی به کار برده شده در این پروژه 4

1-4-1 آسیب… 4

1-4-2کنترل سلامت سازه 5

1-4-3 آسیب خطی و غیر خطی.. 5

1-4-4 شیوه های تشخیص آسیب (محلی و جامع) 5

1-5 بیان مسئله. 6

1- 6 ضرورت تحقیق.. 6

1-7 هدف و علت انتخاب تحقیق.. 7

1-7-1 ایجاد سیستم پایش سلامت سازه 7

1-7-2 ارائه مدلی جدید با جامعیت بیشتر از مدل های قبلی.. 7

1-8 سوال تحقیق.. 7

1-9 چهارچوب نظری تحقیق.. 7

1-10 فرضیه های تحقیق.. 8

1-11 روش تحقیق.. 8

1-12محدودیت های تحقیق.. 8

1-13 فصل بندی پایان نامه. 9

فصل دوم: پردازش سیگنال و پایش سلامت سازه. 10

2-1 مقدمه. 11

2-2 پردازش سیگنال.. 11

2-2-1 امواج در طبیعت… 11

2-3 سیستم های خطی و غیرخطی.. 14

2-4 علم پردازش سیگنال.. 17

2-5 نمونه برداری.. 18

2-6 سیستم های خطی نامتغیر با زمان.. 19

2-7 شناسایی سیستم سازه ای.. 19

2-8 پایش سلامت سازه 20

2-9 فرآیند سنجش سلامت سازه 21

2-9-1 ارزیابی های اجرایی.. 21

2-9-2 بدست آوردن اطلاعات… 22

2-10 ضرورت کنترل سلامت سازه 23

2-11 راهکارتشخیص الگو به روش آماری.. 23

2-11-1 ارزیابی عملیاتی.. 24

2-11-2 جمع آوری، نرمالیزاسیون و خالص سازی داده 24

2-11-3 متراکم سازی داده و استخراج ویژگی ها 24

فصل سوم: بررسی منابع و پیشینه تحقیق… 26

3-1 مقدمه. 27

3-2 تحقیقات صورت گرفته. 27

فصل چهارم: روش های رایج در پردازش سیگنال.. 31

4-1 مقدمه. 32

4-2 مقایسه روش های رایج در پردازش سیگنال.. 32

4-2-1 انواع آسیب… 33

4-2-2 انواع شیوه های تشخیص آسیب… 33

4-3 روش های تشخیص آسیب… 33

4-3-1 تغییر در پارامترهای مدال.. 34

4-3-2 تغییر در فرکانس های طبیعی.. 34

4-3-3 تغییر در اشکال مدی.. 34

4-3-4 روش های بروز رسانی مدل.. 35

4-3-5 روش های بر پایه شبکه های عصبی.. 35

4-3-6 روش های تشخیص الگو. 36

4-3-7 روش فیلتر کالمان.. 36

4-3-8 روش آماری.. 36

4-4 روش تحلیل سیگنال.. 37

4-4-1 تبدیل زمان کوتاه فوریه. 37

4-4-2 توزیع ویگنر- ویل.. 40

4-4-3 تبدیل هیلبرت – هوانگ… 42

4-4-4 تبدیل موجک… 45

4-4-5 خصوصیات ویولت… 52

فصل پنجم: تحلیل، بحث و نتایج.. 53

5-1 مقدمه. 54

5-2 تبدیل هیلبرت-هوآنگ… 54

5-3 تجزیه تجربی مودی.. 54

5-3-1 گام اول.. 55

5-3-2 گام دوم. 55

5-3-3 گام سوم. 55

5-3-4 گام چهارم. 60

5-3-5 گام پنجم.. 60

5-3-6 گام ششم.. 60

5-4 تحلیل طیفی هیلبرت… 66

5-5 نتایج مدلسازی.. 70

5-5-1 قاب یک دهانه-یک طبقه. 70

5-5-2- پاسخ شتاب مطلق قاب یك طبقه – یك دهانه: 72

5-5-3- توابع مودی ذاتی.. 74

5-5-4 مقایسه پارامترهای حاصل از تبدیل هیلبرت… 78

5-5-4-1 بررسی نمودارهای زمان- دامنه- فرکانس…. 78

5-5-4-2 فاز 81

5-5-4-3 طیف حاشیه ای هیلبرت… 82

5-5-4-4 فرکانس میانگین آنی.. 83

5-5-5 نرم شدگی نهایی.. 85

5-5-6 نرم شدگی حداکثر. 86

5-5-7 قاب دو دهانه-یک طبقه. 87

5-5-8- پاسخ شتاب مطلق قاب یك طبقه – دو دهانه: 88

5-5-9 توابع مودی ذاتی.. 89

5-5-10 مقایسه پارامترهای حاصل از تبدیل هیلبرت… 94

5-5-10-1 بررسی نمودارهای زمان-دامنه-فرکانس…. 94

5-5-10-2 فاز 97

5-5-10-3 طیف حاشیه ای هیلبرت… 98

5-5-10-4 فرکانس میانگین آنی.. 99

5-5-11 نرم شدگی نهایی.. 100

5-5-12 نرم شدگی حداکثر. 101

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات… 102

6-1 مقدمه. 103

6-2 جمع بندی و نتیجه گیری.. 103

6-3 پیشنهادات برای تحقیقات آتی.. 104

منابع و مراجع.. 105

چكیده

انواع سازه های موجود از قبیل ساختمانها، پلها، سدها، تونلها و غیره، در طول زمان بهره برداری خود به دلیل انواع پدیده ها که با آنها مواجه میشوند، در معرض آسیب دیدگی قرار میگیرند. آسیبهای به وجود آمده در سازه ها ممکن است با شدت متفاوت و در نقاط مختلف در آن اتفاق بیفتد. این امر میتواند بهره برداری از سازه را مختل سازد و باعث خسارات بیشتری در آینده گردد. بنابراین تعیین محل و مقدار آسیب موجود در سازه و اقدام به موقع در جهت ترمیم آسیب دیدگی های موجود، امری ضروری به نظر میرسد. در این رساله مروری بر تبدیل هیلبرت هوانگ بعنوان روشی نو پا در تحلیل سیگنال­های نامانا و غیرخطی و همچنین استفاده از آن در تشخیص آسیب های وارد بر قابها صورت گرفته است.  در ابتدا به معرفی تبدیل هیلبرت هوانگ به عنوان یک ابزار قدرتمند در پردازش سیگنال­های نامانا،اشاره شده است. این تبدیل از دو قسمت تجزیه تجربی مودی و تحلیل طیفی تشکیل شده است همچنین مزایای این روش نسبت به دیگر روش­های پردازش سیگنال بیان شده است و در ادامه یک قاب یک دهانه و دو دهانه بتنی تحت شتاب نگاشت زلزله طبس و با بهره گرفتن از روش تاریخچه زمانی در برنامهSAP مدلسازی گردیده وجهت دو سازه سالم و آسیب دیده پاسخ­های شتاب از نرم­افزار اخذ و وارد نرم­افزار MATLAB شده است. این نرم­افزار این سیگنال پاسخ را به توابع مودی ذاتی تجزیه نموده و با اعمال تبدیل هیلبرت بر این توابع مودی، فرکانس­ها را جهت هر کدام از توابع مودی ذاتی بدست آورده وسپس از مجموعه این فرکانس­ها،فرکانس میانگین آنی راجهت هر دو سازه محاسبه می­گردد که با مقایسه نمودار فرکانس آنی دو سازه سالم و آسیب دیده مشاهده می­گردد سازه آسیب دیده در زمان پیک دامنه زلزله طبس با کاهش فرکانس مواجه گردیده است وهمچنین فاز سازه آسیب دیده نسبت به سازه سالم با کاهش مواجه بوده است. همچنین با بهره گرفتن از این کاهش فرکانس شدت آسیب به سازه  و مقدار تقریبی کاهش سختی آن نیز تخمین زده شده است.

کلمات کلیدی: تجزیه تجربی مودی، تبدیل هیلبرت-هوانگ، شناسایی سیستم، تشخیص آسیب، فرکانس میانگین.

 1-1 مقدمه

شناسایی سیستم­های سازه­ای یکی از موضوعات پویا در محدوده­ مهندسی زلزله است [1]. روش­های شناسایی سازه به طور مشخص از تئوری در دو زمینه­ پردازش سیگنال و دینامیک سازه بهره می­گیرند که در این میان سیگنال نقش مهمی را ایفا می­ کند [1]. لذا در تحقیق پیش­رو تلاش داریم تا با بهره گرفتن از تبدیل هیلبرت در قیاس با دیگر تبدیلات ریاضی از جمله فوریه به بررسی و تحقیق درباره­ی تعیین خسارت در تیرهای بتنی بپردازیم.

1-2 کلیات تحقیق

در آزمایشات مبتنی بر ارتعاش، فرض بر این است که اختلال در یک سیستم سازه­ای باعث ایجاد تغییرات درسیگنال­های ارتعاشی اندازه ­گیری شده خواهد شد. بنابراین کمیت­های فیزیکی مرتبط و حساس به خواص سازه­ای مورد نظر برای اهداف کنترل باید انتخاب شود [1].اَنجام آزمایش­های لرزه­ای بر روی سازه­ها مطمئن­ترین راه برای تعیین خواص دینامیکی آنهامی­باشد. این آزمایشات در سال­های اخیر در کشورهای پیشرفته به عنوان روشی قابل قبول برای شناخت خواص سازه­ها به دَفعات مورد استفاده قرار گرفته است ودر ایران نیز نمونه­هایی از این آزمایشات انجام گرفته است.تبدیلِ هیلبرت به عنوان روشی نوظهور در پردازش سیگنال نامانا و غیرخطی توسعه داده شده است [2].

اخیراً با گسترش این روش، روش­های شناسایی سازه­ای نیز براساس آن پیشنهاد شده است [1]. تبدیل هیلبرت از دوبخش تجزیه تجربی مُودی و تحلیل طیفی هیلبرت تشکیل شده است.برای اِرتقاء عملکرد تبدیل هیلبرت تاکنون تحقیقات زیادی صورت پذیرفته امّا بیشتر تمرکز این تحقیقات بر روی قسمت تجزیه مودی بوده [3و4] و برروی قسمت تحلیل طیفی هیلبرت کار نسبتاً کمتری انجام شده است[5]. پاسخی که برای استفاده از روش مورد نظر این پروژه است،مقادیرجنبشی قابل اندازه ­گیری در تست ارتعاشی، داده های شتاب می باشد.

1-3 خلاصه ­ای بر پایش سلامتی سازه

پایش سلامتی سازه­ها در دهه­های اخیر به دلیل افزایش نیاز به پایش دایم سازه­های بزرگ به زمینه تحقیقاتی مناسب تبدیل شده است.شناسـایی آسیب در یک سازه از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا کشف زود هنگام آسیب می ­تواند از خرابی فاجعه­بار سازه جلوگیری کند. شناسایی آسیب بدون نیاز به تخریب سازه با بهره گرفتن از پاسخ­های فرکانسی توجه علاقمندان زیادی را در دهه­ی اخیر به خود جلب کرده است.

تغییر در مشخصات فیزیکی سازه­ها مثل سختی ،جرم و میرایی به علت آسیب، پاسخ­های فرکانسی سازه را تغییر می­دهد. اصل اساسی بیشتر روش­های شناسایی آسیب این است که آسیب موجود در سازه­ها، خواص سختی، جرم و خواص استهلاك انرژی سیستم را که با بهره گرفتن از پاسخ دینامیکی اندازه ­گیری شده سیستم بدست می­آید، تغییر خواهد داد.

این شناسایی می ­تواند برای درنظرگرفتن اقدامات احتیاطی انجام شود تا در صوررت لزوم برای کار تعمیر و نگهداری سازه برنامه ­ریزی کنیم. بطور سنتی برای شناسایی آسیب در سازه­های عمرانی از بازرسی­های چشمی استفاده می­ کنند.

تشخیص آسیب در سازه­های بزرگ به روش بصری محیطی امری هزینه­بَر و غیر مؤثر به حساب می­آید. لذا به این دلیل روشی که بتواند به صورت مؤثر رخداد آسیب را شناسایی و محل آن را معلوم کند مورد نیاز است.بنابراین، روش­های غیرمستقیمی که بتوانند به طور مداوم سازه را پیش از آنکه به وضعیت بحرانی برسد برای تشخیص مشکلات آن بازرسی کنند، ضرورت دارند.پایش سلامتی سازه،پاسخ سازه را تحت انواع بارگذاری کنترل شده و کنترل نشده تحلیل می­ کند.

1-4 کلمات کلیدی به کار برده شده در این پروژه

این فصل با تعریف اصطلاحات به کار رفته در این پروژه ادامه می­یابد.

1-4-1 آسیب

آسیب می ­تواند به عنوان تغییرات وارد شده به یک سیستم که در عملکرد حال وآینده سیستم تأثیر منفی می­گذارد، تعریف شود. معنی ضمنی این تعریف این است که آسیب در مقایسه بین دو حالت سیستم که یکی از آنها حالت اولیه­ی سیستم، که اغلب حالت آسیب ندیده است وحالت دوم که حالت آسیب دیده سیستم است، تعریف می­شود.

این تحقیق، روی مطالعه­ شناسایی آسیب در سیستم­های سازه­ای تاکید دارد. بنابراین تعریف آسیب محدود خواهد شد به تغییرات خواص مصالح وخواص هندسی سیستم که در عملکرد حال و آینده آن تأثیر منفی دارد. به عنوان مثال،وقتی یک تَرك در یک سازه ایجاد می­شود، درهندسه سازه تغییر ایجاد می­ کند که این باعث تغییر سختی سیستم می­شود. بسته به اندازه و بار اعمالی به سیستم اثرات مضر این ترك ممکن است فوری باشد یا اینکه ممکن است مقداری طول بکشد تا کارکرد سیستم را تَغییر دهد. آسیب می ­تواند از وقایع مورد انتظار مانند خوردگی ایجاد شود یا اینکه از وقایع فوق­العاده و غیرمنتظره مثل موج، توفان و زلزله ایجاد شود.

1-4-2کنترل سلامت سازه

فرآیند سنجش سلامت سازه تحت عنوان کنترل سلامت سازه نامگذاری شده است. در انجام کنترل سعی می­کنیم تا ورودی­ ها و پاسخ­های سازه را اندازه ­گیری کنیم.هدف از آن، این است که از پاسخ­ها و ورودی­ ها طی یک آنالیـزمـعکوس برای استخراج مشخصه­های سازه و ردیابی تغییرات آنها و در نتیجه تشخیص شروع آسیب و خرابی در شرایط سازه­ای استفاده کنیم. سپس از مُدلسازی عددی سازه و تحلیل مجدد آن با توجه به شرایط موجود، برای ارزیابی کارایی سازه استفاده می­شود تا در صورت لزوم نسبت به مقاوم­سازی آن اقدام گردد.

در حقیقت و به سخن دیگر، فرآیندSHM [1] یک سیستم سازه­ای عبارت است از: زیر نظر گرفتن سیستم با اسـتفاده از اندازه ­گیری پاسخ­های دینامیکی از طریق حس­گرها، و همچنین استخراج مُشخصه­های حساس به آسیب سازه با بهره گرفتن از نتایج اندازه ­گیری­ها، و آنالیزتَحلیلی این مشخصه­ها برای معین کردن وضعیت کنونی سلامت سیستم؛ هر چند به صورت کلی این امر تحلیل پیچیده­ای نیاز دارد[6].

1-4-3 آسیب خطی و غیر خطی

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 شفت دوار که تحت بارگذاری دایم قرار دارد نمونه ­ای از تَرک غیرخطی است.در بسیاری از روش­های تشخیص آسیب نوع آسیب از نوع خطی فرض می­شود.

1-4-4 شیوه ­های تشخیص آسیب (محلی و جامع)

روش­های تشخیص کنونی آسیب را می­توان به دو نوع محلی وجامع تقسیم کرد.در روش­های تشخیص آسیب محلی، مکان تقریبی آسیب شناسایی شده و سازه را به صورت محلی تحلیل می­ کند. ناحیه­ی آسیب دیده جهت تشخیص مؤثر باید در دسترس باشد.روش­های استفاده از اَمواج صوتی از این دست هستند.

تعداد صفحه : 124

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.