شناسايي دو بعدي ترك خوردگي لرزه اي سد بتني وزني بر مبناي روش المان محدود توسعه يافته و تبديل موجك

2D Seismic Cracking Identification of Concrete Gravity Dams Based on Extended Finite Element Method and Wavelet Transform

در اين تحقيق شناسايي ترك خوردگي لرزه اي سد بتني بر مبناي روش المان محدود توسعه يافته و تبديل زمان – فركانس انجام شده است. بدين منظور ابتدا مدل عددي سد با استفاده از روش المان محدود ساخته شده و تحليل مي شود. سپس قابليت ترك خوردگي به بدنه سد بدون معرفي ترك اوليه با استفاده از روش المان محدود توسعه يافته اضافه و تحت تحريك لرزه اي تحليل مي‌شود. در واقع كل بدنه سد حين تحريك لرزه اي مستعد آسيب بوده و هر ناحيه اي كه به حد خرابي برسد، شروع به ترك خوردگي كرده و داخل بدنه گسترش پيدا خواهد كرد. چنين ترك‌خوردگي معمولاً غير قابل پيش بيني بوده و به راحتي قابل شناسايي نمي باشد. لذا بايستي با استفاده از تبديل زمان – فركانس، پارامترهاي مودال سازه و تغييرات آن را از روي پاسخ سازه بررسي كرد. نتايج نشان مي دهد با بررسي و مقايسه پنجره زمان - فركانس پاسخ سازه و پارامترهاي مودال بدست آمده از مدل عددي، مي‌توان به سير تغييرات فيزيكي بوجود آمده در سازه، زمان شروع ترك‌خوردگي و نيز تشخيص محل آسيب صورت گرفته، با استفاده از مقايسه شكل مودهاي ارتعاشي در حالت سالم و آسيب ديده پرداخت. همچنين با بررسي شاخص هاي مودال طبيعي اول سازه سالم و آسيب ديده به راحتي مي‌توان زمان و محل آسيب را در ارتفاع سد كوينا تشخيص داد ولي براي شاخص هاي مودال طبيعي دوم اين موضوع صادق نمي‌باشد.

In the current study, seismic cracking identification of concrete dams is conducted based on extended finite element method (XFEM) and Wavelet (WT) transform. First, the dam is numerically modeled and analyzed using the finite element method (FEM). Then cracking capability to the dam structure is added by applying the XFEM without introducing the initial crack, and the dam is analyzed under the seismic excitation. In fact, the whole dam structure is potentially under damage risk, and any zone reaching the fracture limit, begins to crack, which grows in the structure. This crack is usually unpredictable and is not easy to detect, therefore the structural modal parameters and their variation should be investigated based on structure response by using time-frequency transform. Results show that, investigating timefrequency window of the structure response and model parameters obtained from the numerical model, the history of physical changes occurred in the structure, cracking initiation time, and damage localization is done from comparing the intact and damaged vibration modes. Moreover, investigating the first natural modal indices of the intact and damaged structure, damage initiation and its location on Koyna dam height is easily detected, while for the second natural frequency it is not true.