پایان نامه تشخیص آسیب در پل های فولادی با استفاده از الگوریتم های تکاملی


دانشگاه مازندران

پایان­ نامه دوره دکتری در رشته مهندسی عمران- سازه

موضوع:

تشخیص آسیب در پل های فولادی با استفاده از الگوریتم­های تکاملی

اساتید راهنما:

دکتر مرتضی حسینعلی بیگی

دکتر غلامرضا قدرتی امیری

استاد مشاور :

دکتر جواد واثقی امیری

فهرست مطالب:

فصل اول- کلیات……………………………………………………………………………….. 13

1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………….. 2

1-2- پایش سلامت سازه­ها………………………………………………………………….. 4

1-3-  آسیب در پل­ها……………………………………………………………………………. 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- روش­های محاسبه سخت……………………………………………………………. 12

2-2-2- روش­های 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- روش­هاى احتمالاتی………………………………………………………………….. 17

2-6-1- مشخصه توابع چگالی احتمال…………………………………………………. 18

2-6- 2- آزمون همبستگى……………………………………………………………… 18

2-6-3- تابع وابستگى……………………………………………………………………. 19

2-7- مدل­هاى خانواده ARMA……………………………………………………………

2- 8- ماتریس نرمی………………………………………………………………… 19

2-9- اصلاح ماتریس­هاى مشخصه……………………………………………………. 20

2-10- تئورى انتشار امواج…………………………………………………………….. 20

2-11-  شناسای‍ی آسیب با استفاده از الگوریتم بهینهئ­یابی…………………….. 21

2-11-1- شناسایی آسیب با استفاده از الگوریتم ژنتیک………………………….. 21

2-11-2- تشخیص آسیب بر اساس سایر روش­های بهینه­ یابی…………………… 22

2- 12- تشخیص آسیب بر اساس پردازش سیگنال­ها……………………………. 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 پل­ها……………………. 35

2-13-1- مقدمه……………………………………………………………………………. 35

2-13-2- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از شبکه­ های عصب‍ی………….. 35

2-13-3- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک………………. 38

2-13-4- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از روش­های پردازش سیگنال……… 40

2-13-5- تشخیص آسیب در سازه پل با استفاده از داده­های ناقص…………………. 42

2-14- تاریخچه مطالعات در زمینه تشخیص آسیب با استفاده از داده­های استاتیکی…. 42

2-15- جمع­بندی…………………………………………………………………………… 44

فصل سوم- روش­ها و الگوریتم­های بیهنه ­یابی……………………………………………. 46

3-1- مقدمه………………………………………………………………………………… 47

3-2- انواع روشهای بهینه­یابی……………………………………………………………. 47

3-2-1- روش­های شمارشی……………………………………………………………….. 47

3-2-2- روش­های محاسباتی- عددی………………………………………………….. 48

3-2-3- روش­های 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- درجه­بندی 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………………………………………………….

3-4-3-2- بهبودهای الگوریتم………………………………………………………….. 67

3-4-3-3- مواجهه با محدودیت­ها………………………………………………………. 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…………………………………………………………..

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…………………………………………………………..

3-7- سایر الگوریتم­ها……………………………………………………………………. 86

3-8- جمع­بندی………………………………………………………………………….. 86

فصل چهارم- روشهای پیشنهادی تشخیص آسیب در سازه با الگوریتم­های 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 داده­های استاتیکی………………………………… 89

4-2-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخ­های 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 قطعیت­ها 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 داده­های 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 داده­های 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- نتیجه­گیری و پیشنهادات………………………………………………………. 145

6-1- نتیجه­گیری……………………………………………………………………………….. 145

6-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………… 149

مراجع………………………………………………………………………………………… 150

پیوست 1- واژه نامه ( فارسی- انگلیسی)………………………………………………… 160

براي دانلود متن کامل پايان نامه کليک کنيد