chẩn đoán hư hingr trên dầm sử dụng phân tích wavelet cho dạng dao động

I H C QU C GIA TP HCM TR NG I H C BÁCH KHOA NGUY N V N TU N CH N OÁN H S H NG TRÊN D M D NG PHÂN TÍCH WAVELET CHO D NG DAO CHUYÊN NGÀNH: K THU T XÂY D NG MÃ S : 8580201 LU N V N TH C S TP H CHÍ MINH, tháng n m 2022 NG CƠNG TRÌNH TR NG C HỒN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA I H C QU C GIA TP H Cán b h PGS TS H ng d n: CHÍ MINH c Duy Ch ký:………… Cán b ch m nh n xét 1: PGS TS Nguy n V n Hi u Ch ký:………… Cán b ch m nh n xét 2: PGS TS L Ch ký:………… Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr ng ng V n H i i h c Bách Khoa, HQG TP HCM, ngày 27 tháng 07 n m 2022 Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m: PGS.TS Nguy n Minh Long Ch t ch TS Tr n Minh Thi Th ký PGS TS Nguy n V n Hi u Ph n bi n PGS TS L ng V n H i Ph n bi n PGS TS Nguy n V n V CH T CH H I NG ng TR y viên NG KHOA K THU T XÂY D NG PGS.TS Nguy n Minh Long i I H C QU C GIA TP.HCM TR NG C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM I H C BÁCH KHOA c L p - T Do - H nh Phúc NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: NGUY N V N TU N MSHV: 1970081 Ngày, tháng, n m sinh: 03/10/1996 N i sinh: Hóc Mơn, TP HCM Chuyên ngành: K thu t Xây D ng Mã s : 8580201 I TÊN TÀI: Ch n đoán h h ng k t c u d m s d ng ph cho d ng dao đ ng ng pháp phân tích Wavelet Damage detection in beam-like structures using Wavelet-based analysis of mode shapes II NHI M V VÀ N I DUNG Tìm hi u phân tích Wavelet ph ng pháp ch n đoán h h ng k t c u d m s d ng phân tích Wavelet cho d ng dao đ ng Mơ ph ng phân tích dao đ ng t cho d m v i u ki n biên khác (d m đ n gi n, d m cơng xơn) T đó, đánh giá đ tin c y c a k t qu phân tích d ng dao đ ng so v i k t qu gi i tích k t qu cơng b Ti n hành ch n đoán h h ng k t c u d m s d ng ph ng pháp phân tích Wavelet cho d ng dao đ ng v i nhi u k ch b n h h ng khác T đó, đánh giá đ xác c a ph ng pháp ch n đốn v v trí v s l ng h h ng k t c u d m III NGÀY GIAO NHI M V : 14/ 02/ 2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 17/ 06/ 2022 V CÁN B : PGS TS H H NG D N C DUY Tp H Chí Minh, ngày 17 Tháng 06 n m 2022 CÁN B H PGS TS H NG D N C DUY TR CH NHI M NGÀNH PGS.TS L NG V N H I NG KHOA K THU T XÂY D NG ii L IC M N hoàn thành đ c ng lu n v n th c s , đ u tiên xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y h ng d n PGS TS H C DUY Th y g i ý cho v đ tài nghiên c u góp ý cho tơi r t nhi u v cách phân tích, nh n đ nh v n đ , đánh giá k t qu đ t đ c Bên c nh đó, tơi xin g i l i c m n chân thành đ n quý TH Y/ quý CÔ gi ng viên tr ng I H C BÁCH KHOA TP H CHÍ MINH, d y b o cho nh ng kinh nghi m th t quý giá, trang b cho nh ng hành trang v ng ch c hành trình nghiên c u ng th i tơi c ng xin c m n gia đình, b n bè, đ ng nghi p nh ng ng t o u ki n, giúp đ hoàn thành đ c ng lu n v n th c s i thân Trong trình làm lu n v n th c s , dù r t c g ng nh ng c ng không th tránh kh i nh ng thi u sót lu n v n R t mong nh n đ c s ch d n, góp ý t quý th y cơ, b n bè, đ giúp tơi có th hồn thi n đ tài nghiên c u t t h n Xin trân tr ng c m n! Tp.HCM, ngày 17 tháng 06 n m 2022 H C VIÊN CAO H C Nguy n V n Tu n iii TÓM T T LU N V N TH C S S CH N OÁN H H NG TRONG K T C U D M D NG PH NG PHÁP PHÂN TÍCH WAVELET CHO D NG DAO NG Ngày nay, ph ng pháp ch n đoán s c kh e k t c u (structural health monitoring methods) ngày ph bi n đa d ng Trong nghiên c u này, m t ph ng pháp ch n đoán h h ng k t c u d m s d ng phân tích Wavelet cho d ng dao đ ng đ c đ xu t D li u d ng dao đ ng k t qu t vi c mơ ph ng phân tích k t c u d m b ng ph n m m SAP2000 v i u ki n biên khác tr ng h p h h ng khác Hai lo i k t c u d m khác d m đ n gi n d m công xôn, hai tr ng h p h h ng khác gi m đ c ng ch ng u n c a d m v t n t hình thành tr c ti p d m Sau l a ch n đ c hàm Wavelet m c phân tích Wavelet phù h p v i nghiên c u, d ng dao đ ng c a d m đ c phân tích b ng phép bi n đ i Wavelet Trong đó, giá tr h s chi ti t D (detail) c a k t qu phân tích đ c đ xu t đ ch n đoán h h ng k t c u d m Ph ng pháp kh nhi u t đ ng ph ng pháp kh nhi u biên c a phép bi n đ i Wavelet đ c ng d ng vào nghiên c u mang l i hi u qu t t cho k t qu ch n đoán d m iv ABSTRACT DAMAGE DETECTION IN BEAM-LIKE STRUCTURES USING WAVELET-BASED ANALYSIS OF MODE SHAPE Nowdays, structural health monitoring methods are increasingly popular and diverse In this study, a method of damage detection in beam-like structures using Wavelet-based analyis of mode shape is presented Mode shapes are the result of the vibration analysis of the beam-like structures by SAP2000 software with different boundary conditions and different damage cases Two different types of beam-like structures are simply supported beam and cantilever beam Two different damage cases are reduction of the beam's flexural stiffness and cracks formed directly on the beams After selecting the Wavelet function and the Wavelet analysis level suitable for the study, mode shapes of the beam are analyzed by the Wavelet transform In which, detail coefficient value of analysis result is proposed for damage detection in beam-like structures The automatic noise reduction method and the border distortion method of the Wavelet transform are applied in the study and bring good results for the damage detection results on the beams v L I CAM OAN d Tôi xin cam đoan công vi c lu n v n th c s tơi th c hi n i s h ng d n khoa h c c a PGS.TS H c Duy Các k t qu lu n v n hoàn toàn v i s th t ch a đ c công b nghiên c u khác, ngo i tr k t qu liên quan đ n lu n v n đ c trích d n ph n tài li u tham kh o Tơi xin ch u hồn tồn trách nhi m v công vi c th c hi n c a Tp HCM, ngày 17 tháng 06 n m 2022 H C VIÊN CAO H C Nguy n V n Tu n vi M CL C NHI M V LU N V N TH C S i L IC M N ii TÓM T T LU N V N TH C S iii ABSTRACT iv L I CAM OAN v M C L C vi DANH M C CÁC B NG .x DANH M C CÁC HÌNH xi DANH M C CÁC CH VI T T T xviii DANH M C CÁC KÝ HI U xix DANH M C MA TR N VÀ VÉC T xx CH NG GI I THI U 1.1 t v n đ 1.1.1 T m quan tr ng c a vi c giám sát s c kh e k t c u cơng trình .1 1.1.2 T m quan c a vi c ch n đoán h h ng cho k t c u d m 1.2 M c tiêu n i dung nghiên c u 1.2.1 M c tiêu nghiên c u 1.2.2 N i dung nghiên c u 1.3 it ng ph m vi nghiên c u 1.3.1 it ng nghiên c u 1.3.2 Ph m vi nghiên c u 1.4 Tính c n thi t ý ngh a th c ti n c a nghiên c u 1.5 C u trúc lu n v n CH NG T NG QUAN 2.1 Tình hình nghiên c u n c 2.2.1 Phân tích h h ng k t c u d a d ng dao đ ng vii 2.2.1 Phân tích h h ng k t c u d a phân tích Wavelet cho d ng dao đ ng .7 2.2 Tình hình nghiên c u t i Vi t Nam 11 2.3 T ng k t 12 CH NG C S LÝ THUY T .14 3.1 T phân tích Fourier đ n phân tích Wavelet 14 3.2 Phân tích Wavelet 16 3.2.1 Khái ni m 16 3.2.2 H s t l (Scale) 17 3.2.3 Wavelet liên t c - Continuous Wavelet transform – CWT ([7] [31]) 18 3.2.4 N m b c bi n đ i Wavelet liên t c ([7]) .19 3.2.5 Wavelet r i r c – Discrete Wavelet transform – DWT ([7] [31]) .20 3.2.6 B l c x p x chi ti t .22 3.2.6 Phân tích đa m c – phân tách Wavelet 23 3.2.7 Wavelet d ng – Stationary Wavelet transform – SWT ([7] [31]) .23 3.3 Hàm phân tích Wavelet 24 3.4 Ph ng pháp xác đ nh v trí “nhi u” “h h ng” bi u đ Wavelet 29 3.5 Kh nhi u Wavelet 30 3.6 Kh nhi u biên 32 3.7 Các b c ch n đốn h h ng d m b ng phân tích Wavelet 33 3.8 Ph ng pháp đánh giá k t qu ch n đoán 34 3.9 Ph ng pháp k t h p d ng dao đ ng c a phân tích Wavelet 35 3.10 L u đ thu t toán ch n đoán h h ng d m 36 3.11 u khuy t m phân tích Wavelet 37 3.11.1 u m phân tích Wavelet 37 3.11.2 Khuy t m phân tích Wavelet .37 3.12 Ph n m m phân tích 37 CH NG CÁC BÀI TOÁN NG D NG .38 4.1 Bài toán 1: Ch n đoán h h ng d m đ n gi n 39 4.1.1 Thơng s mơ hình d m đ n gi n 39 4.1.2 Mô ph ng d m đ n gi n 39 viii 4.1.3 D ng dao đ ng d m đ n gi n 40 4.1.4 ánh giá k t qu phân tích dao đ ng d m đ n gi n 41 4.1.5 gi m t n s c a tr ng h p phân tích .42 4.1.6 So sánh d ng dao đ ng d m bình th ng d m h h ng .43 4.1.7 Tr d ng dao đ ng d m h h ng d m bình th ng 46 4.1.8 Ch n đoán h h ng v trí (“tr c” “sau” kh nhi u) .48 4.1.9 Ch n đoán h h ng v trí (“tr c” “sau” kh nhi u) .53 4.1.10 Ch n đoán h h ng v trí (“tr c” “sau” kh nhi u) .57 4.1.11 Ch n đoán h h ng v trí (X lý nhi u biên) 62 4.1.12 Ch n đoán h h ng v trí (X lý nhi u biên) 64 4.1.13 Ch n đoán h h ng v trí (X lý nhi u biên) 66 4.1.14 So sánh k t qu ch n đoán d ng dao đ ng 01 v i báo c a H c ng s (2018) [8] 69 4.1.15 ánh giá k t qu ch n đoán toán 72 4.2 Bài toán 2: Ch n đoán h h ng d m công xôn 73 4.2.1 Thơng s mơ hình d m công xôn .73 4.2.2 Mô ph ng d m công xôn 74 4.2.3 D ng dao đ ng d m công xôn 75 4.2.4 ánh giá k t qu phân tích dao đ ng d m công xôn .76 4.2.5 gi m t n s c a tr ng h p phân tích .77 4.2.6 D ng dao đ ng d m bình th ng d m h h ng 79 4.2.7 Tr d ng dao đ ng d m h h ng d m bình th 4.2.8 Ch n đốn h h ng v trí (“tr ng 81 c” “sau” kh nhi u + x lý nhi u biên) .83 4.2.9 So sánh k t qu ch n đoán tr ng h p h h ng v trí c a mơ ph ng v i báo Serra Lopez (2018) [9] 87 4.2.10 Ch n đoán h h ng v trí (“tr c” “sau” kh nhi u + x lý nhi u biên) .89 4.2.11 Ch n đoán h h ng v trí (“tr c” “sau” kh nhi u + x lý nhi u biên) .94 4.2.12 Ch n đoán k t h p d ng dao đ ng c a phân tích Wavelet 98 4.2.13 ánh giá k t qu ch n đoán toán 100 ... II NHI M V VÀ N I DUNG Tìm hi u phân tích Wavelet ph ng pháp ch n đoán h h ng k t c u d m s d ng phân tích Wavelet cho d ng dao đ ng Mơ ph ng phân tích dao đ ng t cho d m v i u ki n biên khác (d... d m 36 3.11 u khuy t m phân tích Wavelet 37 3.11.1 u m phân tích Wavelet 37 3.11.2 Khuy t m phân tích Wavelet .37 3.12 Ph n m m phân tích 37 CH NG CÁC... đ c hàm Wavelet m c phân tích Wavelet phù h p v i nghiên c u, d ng dao đ ng c a d m đ c phân tích b ng phép bi n đ i Wavelet Trong đó, giá tr h s chi ti t D (detail) c a k t qu phân tích đ c