تعيين محل و شدت آسيب در شبكه دولايه توسط روش انرژي كرنشي مودال و تركيب اطلاعات

Detecting damage location and severity in a double layer grid using modal strain energy method and data fusion

تغييرات انرژي كرنشي مودال سازه قبل و بعد از آسيب يكي از شاخص‌هايي است كه براي تشخيص آسيب در سازه‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بااين‌وجود در سازه‌هايي با تعداد اعضاي زياد مانند شبكه‌هاي دولايه، اين روش به تعداد شكل مود زيادي نياز دارد كه در عمل تعيين تعداد زيادي شكل مود كار مشكلي است. براي غلبه بر اين مشكل، در اين مقاله يك روش دومرحله‌اي براي تعيين محل و شدت آسيب در شبكه‌هاي دولايه پيشنهاد شده است. يك شبكه دولايه با 1536 عضو تحت چند سناريوي آسيب مختلف مورد ارزيابي قرار گرفت. ابتدا شاخص آسيب مبتني بر انرژي كرنشي مودال با در نظر گرفتن اثر يك شكل مود تعيين شد. سپس شاخص‌هاي آسيب به‌دست‌آمده به‌عنوان منابع اطلاعاتي مستقل در نظر گرفته شدند و به كمك تئوري بيز تركيب شدند تا اعضاي آسيب‌ديده شبكه دولايه به‌صورت دقيق تعيين شوند. در مرحله بعد، با استفاده از روش بهينه يابي سيستم ذرات باردار تابع هدفي متشكل از پنج فركانس طبيعي اول شبكه دولايه بهينه گرديد و شدت آسيب اعضايي كه در مرحله قبل به‌عنوان اعضاي آسيب‌ديده معرفي شده بودند، تعيين شد. نتايج نشان داد روش دومرحله‌اي پيشنهادي به‌خوبي قادر است با در نظر گرفتن تعداد محدودي شكل‌ مود و فركانس‌ طبيعي، محل و شدت آسيب در شبكه دولايه را تعيين نمايد.

Changes in modal strain energy of elements before and after damage is a robust damage detection index. However, in structures like double layer grids which have large number of elements, this method has some problems. First, In large structures this method needs more mode shapes to detect damage through modal strain energy method which in practice is difficult to determine. Second, this method introduce some healthy elements as damaged element. To overcome these problems, in this paper a two stage damage detection technique based on modal strain energy method is presented for detecting damage in double layer grids. First, the Modal Strain Energy Based Index (MSEBI) for each mode shape is determined. Then a data fusion technique based on Bayesian theory is used to combine MSEBI values obtained from each mode shape to find damaged elements. Then Charged System Search (CSS) optimization method which is a powerful optimization method is employed to optimize an objective function based on natural frequency to determine damage severity of damaged elements. To demonstrate the performance of the proposed method, a large double layer grid with 1536 elements and different single and multiple damage cases is considered. Numerical results show that the proposed method can successfully find damaged elements and their severities using only few first numbers of mode shapes and frequencies.