Damage detection in beam-like structures via combined genetic algorithm and non-linear optimisation
Kiriş benzeri yapilarda birleşik genetik algoritma ve lineer olmayan optimizasyon ile hasar tespiti
- Tez No: 305011
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
Bu çalışmada, genetik algoritma ile lineer olmayan eniyileme sistemi ankastre izotropik kiriş benzeri yapılarda hasar yerinin ve şiddetinin tespitinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Titreşim tabanlı özellikler olan doğal frekanslar (yani eigen değerleri) ve yerdeğiştirme biçim şekilleri (yani eigen vektörleri) düzlem dışı ilk iki eğilme biçim şekilleri göz önüne alınarak testere kesiği ve çarpma tipi hasar tespitleri için belirteç olarak kullanılmıştır. Bu amaca yönelik olarak söz konusu belirteçlerini elde etmek için sağlam ve hasarlı yapıların modelleme ve analizlerinde ticari sonlu elemanlar programı olan Msc. Patran/Nastran kullanılmıştır. Elastik modüldeki azalma olarak modellenen çarpma tipi hasarlar ve kalınlıktaki azalma olarak modellenen testere kesiği tipi hasarlar için sonlu elemanlar modeli kullanılarak çeşitli hasar senaryoları oluşturulmuştur.Bu modeller tek boyutlu bar tipi elemanlar ve iki boyutlu kabuk tipi elemanlar kullanarak Msc. Patran da modellenmiş, sonrasında eleman kütle ve esneklik matrislerini elde etmek için ise Msc. Nastran da normal mod analizlerine tabi tutulmuştur. Duyarlılık matrisleri modellemedeki ilgili özelliklerde (elastik modülde ve eleman kalınlığında azalma) belirli oranlarda yapılan değişiklikler ve bunlara karşılık gelen normal mod analiz sonuçları sayesinde elde edilmiştir. Duyarlılık matrisleri genel kütle ve esneklik matrislerini oluşturmak için eleman kütle ve esneklik matrislerinin katsayısı olarak kullanılmış ve elde edilen bu matrisler yapının artık kuvvet matrislerinin oluşturması için birleştirilirmiş, genetik algoritma ve lineer olmayan eniyileme birleşik sistemi ile yapıdaki hasarların yerini ve şiddetini bulmak için de minimize edilmişlerdir. Bu minimizasyon iki adımdan oluşur: birinci adımda çarpma tipi hasar yapının esneklik matrisi ile doğrudan ilgili olduğundan artık kuvvet vektörü eleman esneklik matrislerini değiştirerek bu tip hasarları bulma amaçlı minimize edilmiştir. İkinci adımda ise artık kuvvet vektörü üzerindeki minimizasyon testere kesiği tipi hasarı tespit amaçlı yapının kütle ve esneklik matrisleri üzerinden eş zamanlı olarak yapılmıştır. Bu iki adımın sonucunda elde edilen amaç fonksiyonunun sonuçları karşılaştırılarak hasar tipi tahmini gerçekleştirilmiştir. Amaç fonksiyonda en küçük değere sahip (yani en güçlü) olan hasar tipini belirlemektedir.Minimizasyon ayrıca her eleman için sıfır ile bir arasında bir sağlamlık değeri vemektedir; bir değeri hasarsızlığı, birden küçük herhangi bir değer ise de hasarı varlığına delalet eder. Yapı üzerinde çeşitli yerlerde birden küçük olan değerler çoklu hasarların yerlerini ve karşılık gelen değerler de bu hasarların şiddetini göstermektedir. Önerilen genetik algoritma ve lineer olmayan birleşik eniyilemenin performansı farklı şiddette, farklı yerlerde tek veya çoklu olarak tyasarlanmış hasar senaryoları ile test edilmiştir. Sonuçlar kiriş benzeri yapılardaki hasarın yeri, şiddeti ve tipinin belirlenmesinde sunulan yöntemin etkin olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, a combined genetic algorithm and non-linear optimisation system is designed and used in the identification of structural damage of a cantilever isotropic beam regarding its location and severity. The vibration-based features, both natural frequencies (i.e. eigenvalues) and displacement mode shapes (i.e. eigenvectors) of the structure in the first two out-of-bending modes, are selected as damage features for various types of damage comprising saw-cut and impact. For this purpose, commercial finite element modelling (FEM) and analysis software Msc. Patran/Nastran® is used to obtain the aforementioned features from intact and damaged structures. Various damage scenarios are obtained regarding saw-cut type damage which is modelled as change in the element thicknesses and impact type damage which is modelled as a reduction of the elastic modulus of the elements in the finite element models. These models are generated by using both 1-D bar elements and 2-D shell type elements in Msc. Patran® and then normal mode analyses are performed in order to extract element stiffness and mass matrices by using Msc. Nastran®. Sensitivity matrices are then created by changing the related properties (i.e. reduction in elastic modulus and thickness) of the individual elements via successive normal mode analyses. The obtained sensitivity matrices are used as coefficients of element stiffness and/or mass matrices to construct global stiffness and/or mass matrices respectively. Following this, the residual force vectors obtained for different damage scenarios are minimised via a combined genetic algorithm and non-linear optimisation system to identify damage location and severity. This minimisation procedure is performed in two steps. First, the algorithm tries to minimise residual force vector (RFV) by only changing element stiffness matrices by aiming to detect impact type damage, as elastic modulus change is directly related to stiffness matrix. Secondly, it performs a minimisation over RFV by changing both element stiffness and mass matrices which aims to detect saw-cut type damage where thickness change is a function of both stiffness and mass matrices. The prediction of the damage type is then made by comparing the objective function value of these two steps. The lowest value (i.e. the fittest) indicates the damage type. The results of the minimisation also provide value of intactness where one representing intact and any value lower than one representing damage severity. The element related to that particular intactness value indicates the location of the damage on the structure. In case of having intactness values which are lower than one in value at various locations shows the existence of multi damage cases and provides their corresponding severities. The performance of the proposed combined genetic algorithm and non-linear optimisation system is tested on various damage scenarios created at different locations with different severities for both single and multi damage cases. The results indicate that the method used in this study is an effective one in the determination of type, severity and location of the damage in beam-like structures.
Benzer Tezler
- MEMS ile entegre mikro ısıtıcı ve IDE mikro sistemlerin fabrikasyonu ve nano kompozit yarı iletken gaz sensör uygulaması
Fabrication of integrated micro heater and ide micro systems with MEMS and application of nano composite semiconductor GAS sensor
HALİME İLBEYİİLİNGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERNA MOROVA
DOÇ. DR. CİHAT TAŞALTIN
- Structural identification, damage detection by non-destructive tests and determining axial loads in cables
Tahribatsız testlerle yapı tanımlaması, hasar tespiti ve kablo gergi kuvvetinin ölçülmesi
MUSTAFA CAN YÜCEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET TÜRER
- Yapısal hasar teşhisinde dalgacık dönüşümüne dayalı bir yöntem geliştirilmesi
Developing a wavelet transform-based structural damage detection method
HAKAN GÖKDAĞ
Doktora
Türkçe
2010
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN KOPMAZ
- Moment aktaran kaynaklı birleşimlerde kullanılan kaynak yöntemlerinin birleşim performansına etkisi ve düşük çevrimli yorulma davranışları
The effect of welding methods applied in moment frames welded joints on joint performance and low cycle fatigue behavior
HÜDAİ KAYA
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARLAS ÖZDEN ÇAĞLAYAN
- Van depreminde hasar gören betonarme bir yapının, performans değerlendirme yöntemleriyle hasarının tahmini
Damage estimation of a reinforced concrete building observed damages in van earthquake with performance evaluation methods
TAMER YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ