پایان نامه ارزیابی مقایسه ای مکانیسم شکست شیروانی های خاکی تحت تراوش بر اساس روشهای تعادل حدی و عددی

پایان نامه ارزیابی مقایسه ای مکانیسم شکست شیروانی های خاکی تحت تراوش بر اساس روشهای تعادل حدی و عددی
پایان نامه کارشناسی ارشد
–

تعداد صفحه :150
چکیده

دوره بهره برداری از سازه¬های ساخته شده به دست بشر محدود بوده و تحت ه‍یچ شرایط‍ی ابدی نیست. وجود عوامل مختلف داخل‍ی و خارج‍ی باعث م‍ی¬شوند که اجزای سازه دچار آس‍یب شده و سازه تحت بارهای بهره¬برداری دچار مشکل جدی و حت‍ی به طور کامل منهدم شود. شناسایی آسیب در یک سازه در دهه¬های اخ‍یر توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است، زیرا کشف زود هنگام آسیب م‍ی¬تواند از خراب‍ی فاجعه بار سازه¬ها جلوگیری کند. همچن‍ین در صورت تشخ‍یص و رفع به موقع ع‍یوب و آسیب م‍ی¬توان به عمر مف‍ید سازه¬ها افزود و باعث استفاده به‍ینه از سرمایه مل‍ی و صرفه جویی در مصرف منابع گردید.
در این میان سنجش سلامتی پل¬ها و اطمینان از سطح ایمنی آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. رخداد آسیب¬های کوچک، گرچه کارایی پل¬ها را مختل نمی¬سازد، اما می¬تواند رفتار سازه را در برابر بارهای ضربه¬ای و ناگهانی تحت الشعاع قرار دهد و به انهدام ناگهانی ستون¬ها یا عرشه¬ی پل منجر شود. در این پایان¬نامه، روش¬هایی نوین، برای تشخیص آسیب در سازه پل¬های فولادی با استفاده از اطلاعات استاتیکی و دینامیکی پیشنهاد گردیده است. برای این منظور، مسأله¬ی تشخیص آسیب در پل¬ها، بصورت یک مسأله¬ی معکوس تعریف و توابع هدف مختلفی پیشنهاد شده است. سپس با کمک روش¬های بهینه¬یابی تکاملی به حل مسأله¬ و یافتن پاسخ¬های بهینه این توابع هدف پرداخته شده است. روش¬های بهینه¬یابی تکاملی، بر مبنای پدیده¬های طبیعی استوار بوده و قابلیت جستجوی فضای پاسخ را با رویکردی آماری-احتمالاتی دارا می¬باشد و لذا قادرند مسائل پیچیده را با سرعت بسیار بالایی مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. بنابراین از الگوریتم¬های متعددی نظیر ژنتیک، اجتماع ذرات، انفجار بزرگ و گروه ذرات باردار در بهینه¬یابی استفاده شده است. برای یافتن پاسخ مناسب، سعی و خطای بسیار صورت پذیرفته است. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش¬های ارائه شده، از مثال¬های عددی مختلفی نظیر تیر، چهار نوع خرپا و پل قوسی شکل استفاده شده و تحت سناریوهای آسیب مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیرات عواملی چون نوفه¬ها، تعداد مودهای محدود، بررسی شده است. همچنین در مثالی نیز برای کاهش اثرات انتخاب نوع الگوریتم بر پاسخ¬ها، سازه بزرگی با الگوریتم¬های مختلف بررسی و مورد تشخیص آسیب قرار گرفته است. نتایج در مورد تمام سازه¬های بررسی شده نشان دهنده کارایی و صحت روش¬های پیشنهادی با حضور نوفه در سطح¬های بالاست. برای حصول اطمینان از درستی روش پیشنهادی برای تشخیص آسیب در سازه¬های واقعی، از نتایج آزمایشگاهی یا مثال¬های شاهد موجود در این زمینه با هر دو روش پیشنهادی استفاده گردیده است. در نهایت ملاحظه گردید در تشخیص آسیب توسط روش پیشنهادی دوم در سازه¬های با تعداد اعضای بیشتر و پیچیده¬تر، الگوریتم گروه ذرات باردار در مقایسه با سه الگوریتم دیگر جواب¬های دقیق¬تری نتیجه داده است. همچنین این الگوریتم با جمعیت اندک و تعداد تکرار کمتر قادر به شناسایی مکان و مقدار آسیب در المان¬های آسیب دیده با دقت بالایی بوده است. در مورد سازه¬های با تعداد اعضا متوسط و تعداد آسیب¬های کمتر، الگوریتمPSOPC جواب¬های بهتری ارائه داده است. همچنین لازم به ذکر است در سازه¬های با تعداد متوسط اعضا و تعداد آسیب¬های بیشتر، الگوریتمBB-BC دارای همخوانی بیشتری با روش پیشنهادی و در نتیجه دقت بالاتری بوده است. در انتها می¬توان گفت نتایج بدست آمده، مؤید کارایی و دقت مناسب روش¬های پیشنهادی در تشخیص آسیب در پل¬ها با وجود نوفه بالا می¬باشد.
واژه¬های کلیدی:
پل فولادی، تشخیص آسیب، الگوریتم¬های تکاملی، داده¬های استاتیکی، داده¬های دینامیکی.

فهرست مطالب
«عنوان» «صفحه»

فصل اول- کلیات 13
1-1- مقدمه 2
1-2- پایش سلامت سازه¬ها 4
1-3- آسیب در پل¬ها 4
1-4- هدف و گستره رساله حاضر 5
1-5- ابعاد رساله 8
فصل دوم- مرور ادبیات فنى و تاریخچه مطالعات پیشین 2
2-1- مقدمه 10
2-2- شناسایی آسیب با استفاده از آنال‍یز تحل‍یل‍ی با فرایند معکوس 12
2-2-1- روش¬های محاسبه سخت 12
2-2-2- روش¬های محاسبه نرم 13
2- 3- تغییر در خصوصیات مودى 13
2- 3- 1- تغییر فرکانس 14
2- 3-2- تغییر میرائى 16
2- 3-3- تغییر اشکال مودی 16
2-4- کنترل پاسخ 17
2-5- تغییرات تابع پاسخ فرکانسى و تابع پاسخ ضربه 17
2-6- روش¬هاى احتمالاتی 17
2-6-1- مشخصه توابع چگالی احتمال 18
2-6- 2- آزمون همبستگى 18
2-6-3- تابع وابستگى 19
2-7- مدل¬هاى خانواده ARMA 19
2- 8- ماتریس نرمی 19
2-9- اصلاح ماتریس¬هاى مشخصه 20
2-10- تئورى انتشار امواج 20
2-11- شناسای‍ی آسیب با استفاده از الگوریتم بهینه¬یابی 21
2-11-1- شناسایی آسیب با استفاده از الگوریتم ژنتیک 21
2-11-2- تشخیص آسیب بر اساس سایر روش¬های بهینه¬یابی 22
2- 12- تشخیص آسیب بر اساس پردازش سیگنال¬ها 23
2-12-1- پردازش در حوزه زمان 23
2- 12-2- پردازش در حوزه فرکانس 25
2-12-2-1- تحلیل فوریه 26
2-12-2-2- تبدیل فوریه با زمان کوتاه 26
2-12-2-3- تحلیل ویولت (موجک) 27
2-12-2-4- بسته ویولتی (ویولت پکت) 28
2-12-2-5- تحلیل کرولت ( منحنیک) 30
2- 12-3- پردازش در حوزه زمان- فرکانس 30
2-12-3-1- ارائه ویگنر- ویل 33
2-12-3-2- کلاس کوهن 34
2-13-تاریخچه مطالعات در زم‍ینه تشخ‍یص آسیب در سازه پل¬ها 35
2-13-1- مقدمه 35
2-13-2- تشخ‍یص آسیب در سازه پل¬ها با استفاده از شبکه¬های عصب‍ی 35
2-13-3- تشخ‍یص آسیب در سازه پل¬ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک 38
2-13-4- تشخ‍یص آسیب در سازه پل¬ها با استفاده از روش¬های پردازش سیگنال 40
2-13-5- تشخیص آسیب در سازه پل با استفاده از داده¬های ناقص 42
2-14- تاریخچه مطالعات در زمینه تشخیص آسیب با استفاده از داده¬های استاتیکی 42
2-15- جمع¬بندی 44
فصل سوم- روش¬ها و الگوریتم¬های بیهنه¬یابی 46
3-1- مقدمه 47
3-2- انواع روشهای بهینه¬یابی 47
3-2-1- روش¬های شمارشی 47
3-2-2- روش¬های محاسباتی- عددی 48
3-2-3- روش¬های تکاملی 48
3-3- الگوریتم ژنتیک 48
3-3-1- مقدمه 48
3-3-2-ساختار الگوریتم ژنتیک 50
3-3-3-اجزای الگوریتم ژنتیک 51
3-3-3-1- متغیرهای طراحی 51
3-3-3-1-1- متغیرهای طراحی گسسته 51
3-3-3-1-2- متغیرهای طراحی پیوسته 52
3-3-3-2- تابع صلاحیت 52
3-3-3-2-1- درجه¬بندی تابع صلاحیت 53
3-3-4- عملگرهای ژنتیک 55
3-3-4-1- عملگرتکث‍یر 56
3-3-4-2- عملگر پ‍یوند 57
3-3-4-3- عملگرجهش 59
3-3-5- شکاف نسل 60
3-3-6- مزایای الگوریتم ژنتیک 61
3-4- الگوریتم بهینه یابی گروه ذرات (PSO) 61
3-4-1- مقدمه 61
3-4-2- نحوه ارتباط بین اجزاء در فرآیند رسیدن به هدف 63
3-4-2-1- همسایگی جغرافیایی 63
3-4-2-2- همسایگی به شیوه شبکه های اجتماعی 63
3-4-3- تشریح روش گروه ذرات 64
3-4-3-1- همگرایی الگوریتم PSO 66
3-4-3-2- بهبودهای الگوریتم 67
3-4-3-3- مواجهه با محدودیت¬ها 68
3-4-4- الگوریتم گروه ذرات با گروه منفعل (PSOPC) 69
3-5- الگوریتم 70
3-5-1- مقدمه 70
3-5-2- تشریح روش BB-BC 70
3-6- الگوریتم جستجوی سیستم باردارشده (CSS) 75
3-6-1- مقدمه 75
3-6-1-1- قوانین الکتریکی 75
3-6-1-2- قوانین مکانیک نیوتنی 76
3-6-2- روش جستجوی سیستم ذرات باردار با متغیرهای پیوسته 77
3-6-3- راندمان قوانین CSS 84
3-7- سایر الگوریتم¬ها 86
3-8- جمع¬بندی 86
فصل چهارم- روشهای پیشنهادی تشخیص آسیب در سازه با الگوریتم¬های تکاملی 87
4-1- مقدمه 88
4-2- روش پیشنهادی اول- استفاده از اطلاعات استاتیکی برای تشخیص آسیب 89
4-2-1- فرضیات در استفاده از داده¬های استاتیکی 89
4-2-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخ¬های استاتیکی 90
4-2-3- اعمال اثرات نوفه در تشخیص آسیب استاتیکی 92
4-3- روش پیشنهادی دوم- استفاده از اطلاعات دینامیکی برای تشخیص آسیب 93
4-3-1-فرضیات در استفاده از دادههای دینامیکی 93
4-3-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخهای دینامیکی 93
4-3-2-1- روش اول تشخیص آسیب در سازه 93
4-3-2-2- روش دوم تشخیص آسیب در سازه 95
4-3- 3- اعمال اثرات نوفه در تشخیص آسیب دینامیکی 97
4-4- عدم قطعیت¬ها در تشخیص آسیب 97
4-5- شیوه انجام تشخیص آسیب 98
فصل پنجم- تجزیه وتحلیل نتایج تحقیق 101
5-1- مقدمه 102
5-2- سازههای مورد بررسی برای تشخیص آسیب 102
5-2-1-مقدمه 102
5-2-2- تیر فولادی 104
5-2-3- پل خرپایی فولادی 104
5-2-3-1-پل خرپایی 1 104
5-2-3-2- پل خرپایی ( Belgian) شماره 2 105
5-2-3-3- پل خرپایی ( Belgian) شماره 3 106
5-2-4- پل قوسی فلزی 106
5-3- تشخیص آسیب با استفاده از داده¬های استاتیکی 108
5-3-1- پل قوسی فولای دو بعدی 109
5-3-2- پل خرپایی فولای دو بعدی 112
5-3-3- بررسی مدل آزمایشگاهی 115
5-4- تشخیص آسیب با استفاده از داده¬های دینامیکی 122
5-4-1- پل خرپایی فولای دو بعدی 123
5-4-2- پل تیر شکل فولای دو بعدی 126
5-4-3- پل خرپایی فولای دو بعدی( BELGIAN) 129
5-4-4- پل خرپایی فولای دو بعدی(BOWSTRING) 133
5-4-5- پل خرپایی فولای 136
5-4-6- بررسی مدل آزمایشگاهی 139
فصل ششم- نتیجه¬گیری و پیشنهادات 145
6-1- نتیجه¬گیری 145
6-2- پیشنهادات 149
مراجع 150
پیوست 1- واژه نامه ( فارسی- انگلیسی) 160

توجه :

عناوین پروژه های موجود در سایت فقط به عنوان معرفی در سایت قرار گرفته اند و هیچ گونه فروش و یا لینک دانلودی ندارند