Thông tin tài liệu
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn “Chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp sử dụng phương pháp lượng biến dạng giải thuật tìm kiếm phân nhánh ngẫu nhiên” nghiên cứu tơi Ngoại trừ tài liệu tham khảo trích dẫn luận văn này, tơi cam đoan toàn phần hay phần nhỏ luận văn chưa công bố sử dụng để nhận cấp nơi khác Khơng có sản phẩm/nghiên cứu người khác sử dụng luận văn mà khơng trích dẫn theo quy định Luận văn chưa nộp để nhận cấp trường đại học sở đào tạo khác Tai Lieu Chat Luong Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2018 PHẠM KHÁNH THÁI DUY ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS TS Nguyễn Thời Trung, người trực tiếp hướng dẫn giúp tơi hồn thành đề tài Thầy khơng hỗ trợ chun mơn mà cịn người khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu khoa học Kế đến xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Cô Trường Đại học Mở Thành Phố Hồ Chí Minh, khoa Xây Dựng Điện, khoa Đào Tạo Sau Đại Học truyền đạt kiến thức tảng cho từ tân sinh viên lúc học viên lớp cao học Tôi xin gởi lời cảm ơn đến anh/bạn viện Khoa học tính tốn (INCOS), trường đại học Tơn Đức Thắng, giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình thực luận văn, đặc biệt giúp đỡ từ nghiên cứu sinh Võ Duy Trung nghiên cứu sinh Đinh Cơng Dự Tơi xin cám ơn nhiệt tình, cởi mở, thân thiện hỗ trợ người Cuối cùng, xin cám ơn gia đình bạn bè bên cạnh động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học Dù tác giả cố gắng, khó tránh khỏi khiếm khuyết, kính mong nhận góp ý q Thầy, Cơ, bạn bè đồng nghiệp để luận văn bổ sung hồn chỉnh iii TĨM TẮT Luận văn thực nhằm đề xuất phương pháp chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp cách kết hợp phương pháp lượng biến dạng giải thuật tìm kiếm phân nhánh ngẫu nhiên (Stochastic Fractal Search SFS) Phương pháp đề xuất tiến hành chẩn đoán hư hại qua hai giai đoạn Trong giai đoạn đầu tiên, số dựa lượng biến dạng (Modal Strain Energy Based Index - MSEBI) sử dụng để định vị phần tử có khả bị hư hại Sau đó, phần tử xác định từ bước đánh giá mức độ hư hại thông qua giải thuật tối ưu SFS Để thực việc này, tốn tối ưu hóa thiết lập với hàm mục tiêu cực tiểu hóa khác biệt dạng dao động riêng kết cấu trạng thái hư hại giả sử trạng thái hư hại cần xác định Các yếu tố số lượng dạng dạo động riêng, mức độ hư hại khác nhau, số lượng hư hại, góc hướng sợi, số lớp tấm, điều kiện biên mức độ nhiễu khác khảo sát để đánh giá hiệu phương pháp đề xuất Bên cạnh đó, ví dụ số, ảnh hưởng nhiễu liệu dạng dao động riêng xem xét để đánh giá độ xác phương pháp đề xuất Ngồi ra, khả định vị hư hại phương pháp sử dụng số MSEBI so sánh với phương pháp sử dụng số MSECR (Modal Strain Energy Change Ratio); hiệu giải thuật SFS đánh giá mức độ hư hại so sánh với giải thuật tiến hóa khác biệt DE (Differential Evolution) Các kết số cho thấy phương pháp đề xuất chẩn đốn vị trí mức độ hư hại composite nhiều lớp cách xác trường hợp có nhiễu khơng có nhiễu Từ khóa: composite nhiều lớp; chẩn đốn hư hại; phương pháp lượng biến dạng; giải thuật tìm kiếm phân nhánh ngẫu nhiên iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.4 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 12 1.5 Ý nghĩa đề tài 12 1.6 Cấu trúc luận văn 13 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Giới thiệu vật liệu composite 14 2.2 Lý thuyết composite nhiều lớp 15 2.2.1 Quan hệ chuyển vị - biến dạng 16 2.2.2 Quan hệ ứng suất - biến dạng 18 2.2.3 Phương trình dạng yếu Galerkin cho trường hợp composite nhiều lớp dao động tự 19 2.3 Mơ hình hố phần tử hữu hạn cho toán dao động tự composite nhiều lớp 20 2.3.1 Mơ hình phần tử hữu hạn composite nhiều lớp 20 2.3.2 Phần tử tứ giác đẳng tham số chín nút 22 2.4 Bài toán chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp 24 2.4.1 Hư hại kết cấu sử dụng vật liệu composite nhiều lớp 24 2.4.2 Phương pháp chẩn đoán hư hại qua hai giai đoạn cho composite nhiều lớp 25 v 2.4.3 Phương pháp chẩn đoán hư hại dựa lượng biến dạng 26 2.4.4 Giải thuật tìm kiếm phân nhánh ngẫu nhiên SFS 28 2.4.5 Sơ đồ chi tiết phương pháp chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp sử dụng số MSEBI giải thuật SFS 30 CHƯƠNG VÍ DỤ SỐ 32 3.1 Giới thiệu 32 3.2 Kiểm tra lập trình MATLAB 33 3.2.1 Bài toán kiểm tra 33 3.2.2 Bài toán kiểm tra 34 3.2.3 Bài toán kiểm tra 36 3.2.4 Nhận xét 37 3.3 Bài toán chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp 37 3.3.1 Bài toán 1: So sánh với phương pháp chẩn đoán hư hại khác 38 3.3.2 Bài toán 2: Khảo sát ảnh hưởng việc sử dụng số lượng dạng dao động chẩn đoán 42 3.3.3 Bài toán 3: Khảo sát ảnh hưởng mức độ hư hại phần tử 45 3.3.4 Bài toán 4: Khảo sát ảnh hưởng số lượng hư hại 49 3.3.5 Bài toán 5: Khảo sát ảnh hưởng việc bố trí góc hướng sợi cho lớp 54 3.3.6 Bài toán 6: Khảo sát ảnh hưởng số lớp 59 3.3.7 Bài toán 7: Khảo sát ảnh hưởng điều kiện biên khác 62 3.3.8 Bài toán 8: Khảo sát ảnh hưởng việc thay đổi mức độ nhiễu liệu dạng dao động riêng 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN 70 4.1 Kết đạt 70 4.2 Kết luận chung 71 4.3 Hướng phát triển đề tài 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 79 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 84 vi DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Một số ứng dụng vật liệu composite Hình 1.2 Một số tai nạn xảy kết cấu sử dụng vật liệu composite Hình 2.1 Phân loại vật liệu composite 14 Hình 2.2 Composite gia cường hạt 15 Hình 2.3 Composite gia cường sợi 15 Hình 2.4 Composite nhiều lớp, lớp composite gia cường sợi 15 Hình 2.5 Các lý thuyết tính tốn cho 16 Hình 2.6 Lớp composite đơn hệ tọa độ 18 Hình 2.7 Phần tử tứ giác chín nút hệ toạ độ 23 Hình 2.8 Sơ đồ giải thuật SFS 30 Hình 2.9 Sơ đồ chi tiết toán chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp phương pháp lượng biến dạng giải thuật SFS 31 Hình 3.1 Tấm composite ba lớp [0°/90°/0°] 34 Hình 3.2 Tấm composite năm lớp [0°/90°/0°/90°/0°] 35 Hình 3.3 Hệ dàn 36 Hình 3.4 Kết xác định vị trí hư hại tốn 40 Hình 3.5 Kết xác định vị trí hư hại tốn 42 Hình 3.6 Kết xác định vị trí hư hại tốn 46 Hình 3.7 Kết xác định vị trí hư hại tốn 50 Hình 3.8 Kết xác định vị trí hư hại tốn 56 Hình 3.9 Kết xác định vị trí hư hại tốn 60 Hình 3.10 Kết xác định vị trí hư hại tốn 63 Hình 3.11 Kết xác định vị trí hư hại toán 67 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các đặc trưng vật liệu composite khảo sát 33 Bảng 3.2 Năm tần số dao động không thứ nguyên composite ba lớp toán kiểm tra 34 Bảng 3.3 Năm tần số dao động không thứ nguyên composite năm lớp toán kiểm tra 35 Bảng 3.4 Thông số giải thuật SFS 36 Bảng 3.5 Kết toán kiểm tra 37 Bảng 3.6 Thông số giải thuật SFS 38 Bảng 3.7 Thông số giải thuật DE 39 Bảng 3.8 Kết đánh giá mức độ hư hại toán 41 Bảng 3.9 Kết đánh giá mức độ hư hại toán 44 Bảng 3.10 Kết đánh giá mức độ hư hại toán 48 Bảng 3.11 Các kịch hư hại toán 49 Bảng 3.12 Kết đánh giá mức độ hư hại toán kịch 52 Bảng 3.13 Kết đánh giá mức độ hư hại toán kịch 52 Bảng 3.14 Kết đánh giá mức độ hư hại toán kịch 53 Bảng 3.15 Kết đánh giá mức độ hư hại toán kịch 53 Bảng 3.16 Kết đánh giá mức độ hư hại toán 57 Bảng 3.17 Kết đánh giá mức độ hư hại toán 61 Bảng 3.18 Kết đánh giá mức độ hư hại toán 65 Bảng 3.19 Kết đánh giá mức độ hư hại toán 68 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ACO : Ant Colony Optimization CFRP : Carbon Fibre-Reinforced Plastics CPT : Classical Plate Theory DE : Differential Evolution DLV : Damage Locating Vectors FSDT : First-order Shear Deformation plate Theory GA : Genetic Algorithm HSDT : Higher-order Shear Deformation plate Theory MCSS : Magnetic Charged System Search MSEBI : Modal Strain Energy Based Index MSECR : Modal Strain Energy Change Ratio PSO : Particle Swarm Optimization SFS : Stochastic Fractal Search SHM : Structural Health Monitoring SPGA : Strength Pareto Genetic Algorithm CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, vật liệu composite sử dụng nhiều lĩnh vực nhờ vào đặc tính vượt trội so với loại vật liệu truyền thống Trong lĩnh vực vận tải, vật liệu composite sử dụng thay vật liệu truyền thống để chế tạo linh kiện, chi tiết địi hỏi tính thẩm mỹ cao đảm bảo tính kỹ thuật loại xe đua, xe ô tô thương mại, toa xe lửa, xe điện, v.v Lĩnh vực hàng hải cho thấy tiềm to lớn vật liệu composite tính chất khơng bị ăn mịn, hay chịu tác động mơi trường nước biển Vật liệu composite cịn ứng dụng rộng rãi lĩnh vực hàng không vũ trụ để chế tạo phận có hình dạng phức tạp loại máy bay quân sự, dân hay tàu vũ trụ, góp phần làm giảm số lượng chi tiết thiết bị, đồng thời giảm thời gian chi phí lắp đặt sản phẩm Trong xây dựng, nhờ đặc tính bật có độ cứng cao, khả kháng nhiệt, chống ăn mòn, chống xâm thực mà vật liệu composite lựa chọn để sử dụng cho kết cấu làm việc điều kiện khắc nghiệt nhà máy luyện kim, giàn khoan dầu, nhà máy điện nguyên tử, hạt nhân, v.v Một số ứng dụng vật liệu composite thực tế minh hoạ Hình 1.1 Bảo tàng San Francisco – Mỹ Cầu Sky Path - New Zealand Tỉ lệ vật liệu máy bay 787 Tàu hỏa Acela Express – Mỹ Hình 1.1 Một số ứng dụng vật liệu composite (Nguồn: compositesworld.com) Bên cạnh ưu điểm bật kể trên, theo Jollivet cộng (2013), kết cấu làm từ vật liệu composite thường dễ bị dị tật quy trình chế tạo loại vật liệu phức tạp, gặp khó khăn hay chí khơng thể kiểm sốt sai sót lúc gia cơng định hình chi tiết Các hư hại kết cấu làm vật liệu composite thường xảy sớm giai đoạn 20% tuổi thọ kết cấu Hơn nữa, theo Wang Yew (1990), việc kiểm tra phát hư hại, khuyết tật xảy kết cấu sử dụng vật liệu composite công việc khó khăn, vật liệu composite dù bị suy giảm đến 60% độ cứng độ bền khơng xuất dấu hiệu nhận biết bề mặt kết cấu Đã có nhiều thảm họa xảy mà nguyên nhân hư hại kết cấu chế tạo từ vật liệu composite khơng dự báo trước (Hình 1.2) Vì việc theo dõi để chẩn đốn phát sớm bất thường kết cấu nói chung kết cấu sử dụng vật liệu composite nói riêng việc làm cần thiết nhằm giúp có thời gian sửa chữa hay thay phần hư hại, từ giúp hạn chế đến mức thấp hậu nghiêm trọng xảy Một trường hợp hư hại xảy thân máy bay (Nguồn: cnn.com) Tai nạn tàu hoả Huế vào năm 2005, hư hại xảy phận nối hai toa (Nguồn: tuoitre.vn) Thảm hoạ tàu vũ trụ VSS Enterprise, năm 2014 (Nguồn: cnn.com) Sự cố rơi cánh máy bay Boeing 987, Mỹ, năm 2015 (Nguồn: cnn.com) Hình 1.2 Một số tai nạn xảy cho kết cấu sử dụng vật liệu composite 70 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết đạt Trong luận văn này, tác giả đề xuất phương pháp hai bước để chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp Bước một, xác định vị trí phần tử có khả bị hư hại phương pháp chẩn đoán hư hại dựa lượng biến dạng sử dụng số MSEBI Sau bước hai, việc đánh giá mức độ hư hại phần tử xác định bước thực thông qua việc thành lập giải tốn tối ưu hóa sử dụng giải thuật tìm kiếm phân nhánh ngẫu nhiên Thơng qua phương pháp chẩn đốn hư hại hai bước đề xuất, tác giả tìm hiểu lý thuyết liên quan nắm bắt số ý sau: − Tổng quan vật liệu composite, ứng xử học composite nhiều lớp theo lý thuyết FSDT − Tổng quan tốn phân tích dao động tự cho composite nhiều lớp phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử tứ giác chín nút − Tổng quan toán chẩn đoán hư hại qua hai bước cách kết hợp phương pháp lượng biến dạng giải thuật tối ưu SFS Tác giả vận dụng kiến thức nắm bắt để thành lập giải toán chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp Để đánh giá hiệu phương pháp đề xuất, luận văn tiến hành khảo sát tám toán chẩn đoán hư hại composite nhiều lớp để đánh giá ảnh hưởng số yếu tố đến phương pháp chẩn đoán Trong toán, nhiều kịch hư hại số lượng vị trí hư hại giả định để khảo sát nhiều trường hợp hư hại khác xảy Trước tiến hành áp dụng phương pháp đề xuất, độ tin cậy giải thuật SFS kết phân tích dao động composite nhiều lớp phương pháp phần tử hữu hạn kiểm chứng với kết có từ nghiên cứu trước Các toán khảo sát xem xét đến nhiễu liệu dạng dao động riêng 71 4.2 Kết luận chung Với kết đạt được, số kết luận chung luận văn rút sau: − Kết toán cho thấy sử dụng lượng thơng tin dạng dao động riêng việc định vị hư hại sử dụng số MSEBI hiệu số MSECR Các kết từ tất toán khảo sát chứng tỏ, với số MSEBI, bước định vị làm giảm đáng kể số phần tử cần đánh giá mức độ hư hại giai đoạn hai phương pháp đề xuất − Giải thuật SFS cho kết chẩn đốn mức độ hư hại xác Bên cạnh đó, tốc độ hội tụ độ xác giải thuật SFS tỏ hiệu so với giải thuật DE − Số lượng dạng dao động riêng sử dụng phương pháp có ảnh hưởng đến độ xác chi phí tính tốn phương pháp đề xuất Từ kết luận văn, để đạt kết chẩn đoán với độ xác cao tiết kiệm chi phí tính tốn, với trường hợp khơng xét nhiễu sử dụng hai dạng dao động riêng đầu tiên, với trường hợp có kể nhiễu phải cần sử dụng bốn dạng dao động riêng trở lên − Mức độ hư hại phần tử ảnh hưởng đến độ xác chi phí tính tốn phương pháp Mức độ hư hại nhỏ sai số kết xác định cao Trong ví dụ khảo sát luận văn (bài toán 3), phương pháp đề xuất cho kết tin cậy với mức độ hư hại từ 10% trở lên − Phương pháp chẩn đốn đề xuất có khả chẩn đốn xác trường hợp xảy đồng thời nhiều phần tử bị hư hại, vị trí phần tử hư hại đứng riêng lẻ, rời xa đứng cạnh − Theo kết từ toán 6, phương pháp chẩn đốn khơng bị ảnh hưởng số lớp cấu tạo việc bố trí góc hướng sợi lớp 72 − Luận văn khảo sát bốn trường hợp biên composite nhiều lớp Kết từ toán cho thấy với điều kiện biên khảo sát, phương pháp chẩn đốn xác định xác vị trí mức độ phần tử hư hại xảy − Mức độ nhiễu liệu dạng dao động có ảnh hưởng đáng kể đến tính xác phương pháp Mức độ nhiễu tỉ lệ thuận với chi phí tính tốn tỉ lệ nghịch với độ xác phương pháp Trong tốn 8, phương pháp cho kết xác mức độ nhiễu liệu dạng dao động riêng mức 10% Tóm lại, phương pháp chẩn đốn hư hại cho composite nhiều lớp sử dụng phương pháp lượng biến dạng giải thuật SFS phương pháp chẩn đoán hiệu đáng tin cậy xác định xác vị trí mức độ hư hại kết cấu composite nhiều lớp 4.3 Hướng phát triển đề tài Mặc dù đạt số kết định, luận văn tồn số hạn chế chưa giải như: − Trong luận văn, phương pháp chẩn đoán tiến hành khảo sát composite vuông, chưa áp dụng cho có hình dạng khác hay kết cấu gấp, vỏ composite, v.v − Trong trường hợp kể nhiễu, phương pháp đề xuất cần sử dụng số lượng dạng dao động riêng nhiều bốn để đạt kết xác Điều gây khó khăn tiến hành thực tế khó để đo đạc dạng dao động cao − Thơng tin dao động luận văn cịn giả thiết đầy đủ Điều khó thực thực tế với hệ kết cấu có nhiều phần tử, thiết bị đo khó đáp ứng đầy đủ − Tuy giải thuật SFS tỏ có hiệu so với giải thuật trước (cụ thể giải thuật DE), chi phí tính toán toán đánh giá mức 73 độ hư hại cịn mức cao Do trường hợp xảy số lượng lớn phần tử kết cấu bị hư hại làm chi phí tính toán tăng lên nhiều − Các khảo sát luận văn dừng lại việc mô mô hình máy tính, chưa kiểm tra với mơ hình thực nghiệm Trong thực tế, việc đo đạc thơng tin dao động kết cấu hệ với nhiều phần tử rời rạc mơ hình mơ điều khó khăn Từ hạn chế cịn tồn luận văn mở hướng nghiên cứu việc chẩn đoán hư hại cho kết cấu composite nhiều lớp nói riêng kết cấu nói chung Một số kiến nghị để phát triển đề tài luận văn sau: − Tiến hành khảo sát từ mơ hình thí nghiệm thực tế để kiểm tra phương pháp đề xuất − Xem xét đến yếu tố khác có khả ảnh hưởng đến phương pháp chẩn đoán nhiệt độ, môi trường, v.v − Cải tiến phương pháp lượng biến dạng, đề xuất số hư hại xác định xác vị trí phần tử hư hại sử dụng thơng tin dạng dao động riêng − Cải tiến giải thuật SFS, tăng tốc độ hội tụ cho toán tối ưu nhằm giải trường hợp có nhiều phần tử cần đánh giá mức độ hư hại − Nghiên cứu áp dụng phương pháp đề xuất cho kết cấu khác vỏ, gấp, dầm, v.v chế tạo từ vật liệu composite loại vật liệu khác − Nghiên mơ hình chẩn đốn hư hại khác thích hợp với thực tế có thông tin thu thập hay số cảm biến đo đạc khơng thể bố trí dày đặc 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO A.K.Pandey and M.Biswas (1994), ‘Damage Detection in Structures Using Changes in Flexibility’, Journal of Sound and Vibration, 169(1), pp 3–17 Amiri, F et al (2014), ‘Phase-field modeling of fracture in linear thin shells’, Theoretical and Applied Fracture Mechanics Elsevier Ltd, 69, pp 102–109 Araújo dos Santos, J V et al (2006), ‘Damage localization in laminated composite plates using mode shapes measured by pulsed TV holography’, Composite Structures, 76(3), pp 272–281 Areias, P., Rabczuk, T and Dias-da-Costa, D (2013), ‘Element-wise fracture algorithm based on rotation of edges’, Engineering Fracture Mechanics Elsevier Ltd, 110, pp 113–137 Cawley, P and Adams, R D (1979), ‘A Vibration Technique for Non-Destructive Testing of Fibre Composite Structures’, Journal of Composite Materials, 13(2), pp 161–175 Chen, X and Yu, L (2011), ‘Flexibility-Based Objective Functions for Constrained Optimization Problems on Structural Damage Detection’, Advanced Materials Research, 186(August), pp 383–387 Cheng, M Y and Prayogo, D (2017), ‘A novel fuzzy adaptive teaching–learning-based optimization (FATLBO) for solving structural optimization problems’, Engineering with Computers Springer London, 33(1), pp 55–69 Chu Quốc Thắng (2001), Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn Hà Nội: Nxb Khoa Học Kỹ Thuật Dương Thế Hùng (2017), Phân tích kết cấu có vết nứt theo mơ hình ngẫu nhiên (và nhận dạng kết cấu có vết nứt) Thái Nguyên: Đề tài khoa học cấp bộ, Đại học Thái Nguyên Friswell, M I., Penny, J E T and Garvey, S D (1998), ‘A combined genetic and eigensensitivity algorithm for the location of damage in structures’, Computers & Structures, 69(5), pp 547–556 Gandomi, A H., Yang, X S and Alavi, A H (2013), ‘Cuckoo search algorithm: A metaheuristic approach to solve structural optimization problems’, Engineering with Computers, 29(1), pp 17–35 75 H H Phan Dao et al (2013), ‘An edge-based smoothed finite element method for analysis of laminated composite plates’, International Journal of Computational Methods, 10(01), pp 1340005–1–1340005–27 Hamey, C S (2004), ‘Experimental Damage Identification of Carbon/Epoxy Composite Beams Using Curvature Mode Shapes’, Structural Health Monitoring, 3(4), pp 333–353 Hu, H et al (2006), ‘Damage detection of surface cracks in composite laminates using modal analysis and strain energy method’, Composite Structures, 74(4), pp 399– 405 Jollivet, T., Peyrac, C and Lefebvre, F (2013), ‘Damage of composite materials’, Procedia Engineering Elsevier B.V., 66, pp 746–758 Jun Zhao, D (1999), ‘Sensitivity study for vibrational parameters used in damage detection’, Journal of Structural Engineering, 125(April), pp 410–416 Kaveh, A and Maniat, M (2015), ‘Damage detection based on MCSS and PSO using modal data’, Smart Structures and Systems, 15(5), pp 1253–1270 Kaveh, A and Zolghadr, A (2017), ‘A guided modal strain energy based approach for structural damage identification using Tug of War Optimization algorithm’, American Society of Civil Engineers., (Holland 1975), pp 1–12 Kaw, A K (2006), ‘Mechanics of Composite Materials’, United States of America: CRC Press Kessler, S (2002), ‘Damage detection in composite materials using frequency response methods’, Composites Part B: Engineering, 33(1), pp 87–95 Kumar, M., Shenoi, R A and Cox, S J (2009), ‘Experimental validation of modal strain energies based damage identification method for a composite sandwich beam’, Composites Science and Technology Elsevier Ltd, 69(10), pp 1635–1643 Lazarov, B S and Trendafilova, I (2004), ‘An investigation on vibration-based damage diagnosis in thin plates’, in Staszewski, W J (ed.) Proceedings of the Second European Workshop on Structural Health Monitoring, pp 76–82 Lê Xuân Hàng and Nguyễn Thị Hiền Lương (2009), ‘Phân tích dầm đàn hồi có nhiều vết nứt’, Tạp Chí Phát Triển KH&CN, 18(1), pp 37–45 Lestari, W., Qiao, P and Hanagud, S (2006), ‘Curvature Mode Shape-based Damage 76 Assessment of Carbon/Epoxy Composite Beams’, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 18(3), pp 189–208 Liew, K M (1996), ‘Solving the vibration of thick symmetric laminates by Reissner/Mindlin plate theory and the P-Ritz method’, Journal of Sound and Vibration, 198(3), pp 343–360 Lu, Y and Gao, F (2005), ‘A novel time-domain auto-regressive model for structural damage diagnosis’, Journal of Sound and Vibration, 283(3–5), pp 1031–1049 Majumdar, A et al (2014), ‘Structural Damage Detection Based on Modal Parameters Using Continuous Ant Colony Optimization’, 2014 Messina, A., Williams, E J and Contursi, T (1998), ‘Structural Damage Detection By a Sensitivity and Statistical-Based Method’, Journal of Sound and Vibration, 216(5), pp 791–808 Montalvao, D (2006), ‘A Review of Vibration-based Structural Health Monitoring with Special Emphasis on Composite Materials’, The Shock and Vibration Digest, 38(JANUARY), pp 295–324 Moreno-Garcia, P., Araujo dos Santos, J V and Lopes, H (2014), ‘A new technique to optimize the use of mode shape derivatives to localize damage in laminated composite plates’, Composite Structures, 108(1), pp 548–554 Nanda, B., Maity, D and Maiti, D K (2012), ‘Vibration Based Structural Damage Detection Technique using Particle Swarm Optimization with Incremental Swarm Size’, International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 13(3), pp 323– 331 Nguyễn Đức Phúc and Khúc Đăng Tùng (2016), ‘Ứng dụng mơ hình phân tích phi tham số nhằm phát hư hỏng kết cấu cầu sử dụng liệu đo gia tốc’, Tạp chí Xây Dựng, 12, pp 7–14 Nguyễn Sĩ Dũng, Lê Minh Cảnh and Ngô Kiều Nhi (2008), ‘Nhận dạng khuyết tật cầu mơ hình phương pháp lượng mạng neuro-fuzzy’, Tạp Chí Phát Triển KH&CN, 11(02)(1), pp 5–17 Nguyễn Thị Hường, Trần Văn Liên and Nguyễn Việt Khoa (2011), ‘Kiểm tra thực nghiệm phương pháp xác định vết nứt dầm chịu uốn phân tích Wavelet chuyển vị tĩnh’, Tạp chí KHCN Xây Dựng, 9, pp 17–25 77 Nguyễn Tiến Khiêm (2013), Cơ sở Động lực học cơng trình, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội: Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội Pawar, P M and Ganguli, R (2005), ‘Matrix Crack Detection in Thin-walled Composite Beam using Genetic Fuzzy System’, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 16(5), pp 395–409 Perera, R and Ruiz, A (2008), ‘A multistage FE updating procedure for damage identification in large-scale structures based on multiobjective evolutionary optimization’, Mechanical Systems and Signal Processing, 22(4), pp 970–991 Pirner, M and Urushadze, S (2004), ‘Dynamic response as a tool for damage identification’, International Applied Mechanics, 40(5), pp 487–505 Rabczuk, T and Belytschko, T (2007), ‘A three-dimensional large deformation meshfree method for arbitrary evolving cracks’, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 196(29–30), pp 2777–2799 Ratcliffe, C P and Bagaria, W J (1998), ‘Vibration technique for locating delamination in a composite beam’, AIAA Journal, 36(6), pp 1074–1077 Reddy, J N (2008) ‘Theory and Analysis of Elastic Plates and Shells’, CRC Press, 88(10), pp 827–827 Rytter, A (1993), ‘Vibrational Based Inspection of Civil Engineering Structures’, Department of Building Technology and Structural Engineering, Aalborg University, R9314(44) Salimi, H (2015) ‘Stochastic Fractal Search: A powerful metaheuristic algorithm’, Knowledge-Based Systems Elsevier B.V., 75, pp 1–18 Sandesh, S and Shankar, K (2010), ‘Application of a hybrid of particle swarm and genetic algorithm for structural damage detection’, Inverse Problems in Science and Engineering, 18(7), pp 997–1021 Seyedpoor, S M (2012), ‘A two stage method for structural damage detection using a modal strain energy based index and particle swarm optimization’, International Journal of Non-Linear Mechanics Elsevier, 47(1), pp 1–8 Shi, Z Y., Law, S S and Zhang, L M (1998a), ‘Structural Damage Localization from Modal Strain Energy Change’, Journal of Sound and Vibration American Society of Civil Engineers, 218(5), pp 825–844 78 Shi, Z Y., Law, S S and Zhang, L M (1998b), ‘Structural Damage Localization from Modal Strain Energy Change’, Journal of Sound and Vibration, 218(5), pp 825– 844 Thịnh, T Í and Khoa, N N (2007), Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn Hà Nội: NXB Khoa Học Kỹ Thuật Trần Văn Liên and Trịnh Anh Hào (2014), ‘Xác định vết nứt kết cấu hệ phân tích wavelet dừng chuyển vị động’, Tạp chí Khoa học cơng nghệ Xây dựng, 21, pp 44–52 Vo-Duy, T et al (2015), ‘Damage assessment of laminated composite beam structures using damage locating vector (DLV) method’, Journal of Contemporary Physics, 50(4), pp 457–465 Vo-Duy, T et al (2016), ‘A two-step approach for damage detection in laminated composite structures using modal strain energy method and an improved differential evolution algorithm’, Composite Structures Elsevier Ltd, 147(April), pp 42–53 Wang, C and Yew, C H (1990), ‘Impact Damage in Composite Laminates’, Computers & Structures, 37(6), pp 967–982 Wei Fan and Pizhong Qiao (2011), ‘Vibration-based Damage Identification Methods: A Review and Comparative Study’, Structural Health Monitoring, 10(1), pp 83– 111 Yu, L and Xu, P (2011), ‘Structural health monitoring based on continuous ACO method’, Microelectronics Reliability Elsevier Ltd, 51(2), pp 270–278 Zhu, H P and Xu, Y L (2005), ‘Damage detection of mono-coupled periodic structures based on sensitivity analysis of modal parameters’, Journal of Sound and Vibration, 285(1–2), pp 365–390 79 PHỤ LỤC Code MATLAB định vị hư hại clear all; close all; clc addpath Functions/Mindlin_CompositePlate_Q9 format long nel=10; lx = 1; ly = 1; t = 0.1; nx=nel; % so phan tu theo phuong x ny=nx; % so phan tu theo phuong y snodes=(2*nx+1)*(2*ny+1); % tong so nut ne=nx*ny; % tong so phan tu ndof=5; % so bac tu cua moi nut edof=ndof*9; % so bac tu cua moi phan tu sdof=ndof*snodes; % tong so bac tu cua he [ nodes ] = coordinate_element( nx,ny ); [ gcoord ] = coordinate_nodes( lx,ly,nx,ny,nodes,snodes,1 ); nf = 2; % so dạng dao động riêng su dung irec = [0 pi/2 0]; %goc huong soi [fh,Xh,Eh,Kke] = fhplate(nf,nel,direc); % he chua xay hu hai ixd = 0*ones(1,nel^2); % kich ban hu hai iedam = [ 27 63]; ixd([iedam]) = [0.3 0.2]; %muc nhieu Noise = 'no'; NoiseLevel = 3/100; [fd,Xd,Ed]= fdplate(ixd,nf,nel,Kke,NoiseLevel,Noise,direc);% he hu hai % tinh chi so hu hai for i=1:ne if (Ed(i)-Eh(i))/Eh(i) > MSEBIj(i) = (Ed(i)-Eh(i))/Eh(i); else MSEBIj(i) = 0; end end % ve bieu ipedam = zeros(1,ne); ipedam(iedam) = iedam; [ MSEBIj ] = plotdamageplate( nx,ny,MSEBIj,ipedam ); view([-45 -45 25]) set(gca,'XTick',[]) set(gca,'YTick',[]) % function [fd,X,SNEe,Phid] = fdplate(xd,nf,nx,Kke,NoiseLevel,Noise,direc) lx = 1; ly = 1; t = 0.1; f = -1; E = [40 1]; G = [0.6 0.6 0.5]; v12 = 0.25; v21 = v12*E(2)/E(1); rho = 1; z = -t/2:t/length(direc):t/2; ny=nx; snodes=(2*nx+1)*(2*ny+1); % tong so nut ne=nx*ny; % tong so phan tu 80 ndof=5; % so bac tu cua moi nut edof=ndof*9; % so bac tu cua moi phan tu sdof=ndof*snodes; % tong so bac tu cua he %roi rac bai toan [ nodes ] = coordinate_element( nx,ny ); [ gcoord ] = coordinate_nodes( lx,ly,nx,ny,nodes,snodes,1 ); K=sparse(sdof,sdof); % khai bao ma tran cung tong the M=sparse(sdof,sdof); F=sparse(1,sdof); % khai bao vecto luc tong the % ma tran vat lieu cho phan bien dang uon [ D, mrho ] = call_material( E,G,v12,rho,direc,z); % tinh ma tran cung va vec to tai phan tu for e=1:ne X=gcoord(1,nodes(e,:)); Y=gcoord(2,nodes(e,:)); [ index ] = connection( nodes(e,:),ndof ); [ Ke ] = stiffened_plate( D,X,Y,ndof ); [ Fe ] = load_plate( f,X,Y,ndof ); [ Me ] = mass_plate( mrho,X,Y,ndof ); % suy giam cung xay hu hai Ke = Ke*(1-xd(e)); K(index,index) = K(index,index) + Ke ; % lap ghep M(index,index) = M(index,index) + Me ; F(index) = F(index) + Fe ; end bleft = 1:2*nx+1:2*ny*(2*nx+1)+1; bright= 2*nx+1:2*nx+1:(2*nx+1)*(2*ny+1); btop = 2*ny*(2*nx+1)+1:(2*ny+1)*(2*nx+1); bbottom= 1:2*nx+1; bc=[bleft bright btop bbottom]; % nut bien % CCCC bcdof=[bc*5-4,bc*5-3,bc*5-2,bc*5-1,bc*5-0]; bcdof=unique(sort(bcdof)); [L,X] = eigens(K,M,bcdof); D0 = E(2)*t^3/12/(1-v12*v21); omega = sqrt(L(1:nf)); fd = (omega*lx^2/pi^2)*sqrt(rho*t/D0); Phid = X(:,1:nf); if strcmp(Noise,'yes') Phid = Phid + NoiseLevel*(2*rand(size(Phid))-1).*Phid; end % tinh toan nang luong bien dang Eee = zeros (nf,ne); for i = 1:nf for e = 1:ne X=gcoord(1,nodes(e,:)); Y=gcoord(2,nodes(e,:)); [ index ] = connection( nodes(e,:),ndof ); [ Ke ] = stiffened_plate( D,X,Y,ndof ); Ue = Phid(index,i); Eee(i,e) = 1/2*Ue'*Ke*Ue; end SEe(i) = sum(Eee(i,:)); end for i = 1:nf for e = 1:ne NEe (i,e) = Eee(i,e)/SEe(i); end end for i=1:ne SNEe (i) = sum(NEe(1:nf,i))/nf; end % function [fh,X,SNEe,Kke,Phih] = fhplate(nf,nx,direc) 81 lx = 1; ly = 1; t = 0.1; f = -1; E = [40 1]; G = [0.6 0.6 0.5]; v12 = 0.25; v21 = v12*E(2)/E(1); rho = 1; z = -t/2:t/length(direc):t/2; ny=nx;% so phan tu theo phuong y snodes=(2*nx+1)*(2*ny+1); % tong so nut ne=nx*ny; % tong so phan tu ndof=5; % so bac tu cua moi nut sdof=ndof*snodes; % tong so bac tu cua he %roi rac bai toan [ nodes ] = coordinate_element( nx,ny ); [ gcoord ] = coordinate_nodes( lx,ly,nx,ny,nodes,snodes,1 ); K=sparse(sdof,sdof); % khai bao ma tran cung tong the M=sparse(sdof,sdof); F=sparse(1,sdof); % khai bao vecto luc tong the % ma tran vat lieu cho phan bien dang uon [ D, mrho ] = call_material( E,G,v12,rho,direc,z); % tinh ma tran cung va vec to tai phan tu %%%%%%%%%%%%%%% for e=1:ne X=gcoord(1,nodes(e,:)); Y=gcoord(2,nodes(e,:)); [ index ] = connection( nodes(e,:),ndof ); [ Ke ] = stiffened_plate( D,X,Y,ndof ); Kke{e} = Ke; [ Fe ] = load_plate( f,X,Y,ndof ); [ Me ] = mass_plate( mrho,X,Y,ndof ); K(index,index) = K(index,index) + Ke ; M(index,index) = M(index,index) + Me ; F(index) = F(index) + Fe ; end bleft = 1:2*nx+1:2*ny*(2*nx+1)+1; bright= 2*nx+1:2*nx+1:(2*nx+1)*(2*ny+1); btop = 2*ny*(2*nx+1)+1:(2*ny+1)*(2*nx+1); bbottom= 1:2*nx+1; bc=[bleft bright btop bbottom]; % nut bien % CCCC bcdof=[bc*5-4,bc*5-3,bc*5-2,bc*5-1,bc*5-0]; bcdof=unique(sort(bcdof)); [L,X] = eigens(K,M,bcdof); D0 = E(2)*t^3/12/(1-v12*v21); omega = sqrt(L(1:nf)); fh = (omega*lx^2/pi^2)*sqrt(rho*t/D0); Phih = X(:,1:nf); % tinh toan nang luong bien dang Eee = zeros (nf,ne); for i = 1:nf for e = 1:ne X=gcoord(1,nodes(e,:)); Y=gcoord(2,nodes(e,:)); [ index ] = connection( nodes(e,:),ndof ); [ Ke ] = stiffened_plate( D,X,Y,ndof ); Ue = Phih(index,i); Eee(i,e) = 1/2*Ue'*Ke*Ue; end SEe(i) = sum(Eee(i,:)); end for i = 1:nf for e = 1:ne NEe(i,e) = Eee(i,e)/SEe(i); 82 end end for i=1:ne SNEe (i) = sum(NEe(1:nf,i))/nf; end Code MATLAB đánh giá mức độ hư hại clear ; close all; clc addpath Functions/Mindlin_CompositePlate_Q9 format long nel = 10; ixd = zeros(1,100); %% cai dat cac thong so ban dau cua SFS S.Start_Point = 20; S.Maximum_Generation =20; S.Maximum_Diffusion = 5; S.Walk = 0; %% damage location iedam = [ 27 63]; ixd([iedam]) = [0.3 0.2]; nf = 2; %so mode su dung %he khoe manh [fh,Xh,Eh,Kke,Phih] = fhplate(nf,nel); % xet nhieu hay khong Noise = 'no'; % yes: xet nhieu, no: khong xet nhieu NoiseLevel = 3/100; %sai so dang dao dong [fd,Xd,Ed,Phid] = fdplate(ixd,nf,nel,Kke,NoiseLevel,Noise); % -S.Function_Name = @(x)shmplate(x,nf,nel,fh,fd,Phih,Phid,iedam); S.Ndim = length(iedam); S.Lband = ones(1, S.Ndim)*(0); S.Uband = ones(1, S.Ndim)*(1); xval = []; fval = []; for ir = 1:5 % SFS fprintf('The %d run\n',ir) [pbest, fbest] = Stochastic_Fractal_Search(S); xval = [xval; pbest]; fval = [fval; fbest]; end % -function [ECBI] = shmplate(edm,nf,nx,fh,fd,Phih,Phid,idm) xd = zeros(1,nx^2); xd(idm) = edm; lx = 1; ly = 1; t = 0.1; f = -1; E = [40 1]; G = [0.6 0.6 0.5]; v12 = 0.25; v21 = v12*E(2)/E(1); rho = 1; z = -t/2:t/length(direc):t/2; ny=nx;% so phan tu theo phuong y snodes=(2*nx+1)*(2*ny+1); % tong so nut ne=nx*ny; % tong so phan tu ndof=5; % so bac tu cua moi nut sdof=ndof*snodes; % tong so bac tu cua he %roi rac bai toan [ nodes ] = coordinate_element( nx,ny ); [ gcoord ] = coordinate_nodes( lx,ly,nx,ny,nodes,snodes,1 ); 83 K=sparse(sdof,sdof); % khai bao ma tran cung tong the M=sparse(sdof,sdof); F=sparse(1,sdof); % khai bao vecto luc tong the %ma tran vat lieu cho phan bien dang uon [ D, mrho ] = call_material( E,G,v12,rho,direc,z); % tinh ma tran cung va vec to tai phan tu for e=1:ne X=gcoord(1,nodes(e,:)); Y=gcoord(2,nodes(e,:)); [ index ] = connection( nodes(e,:),ndof ); [ Ke ] = stiffened_plate( D,X,Y,ndof ); [ Fe ] = load_plate( f,X,Y,ndof ); [ Me ] = mass_plate( mrho,X,Y,ndof ); % cung sau hu hai Ke = Ke*(1-xd(e)); K(index,index) = K(index,index) + Ke ; % lap ghep M(index,index) = M(index,index) + Me ; F(index) = F(index) + Fe ; end bc=[1:2*nx+1, 2*nx+1:2*nx+1:(2*nx+1)*(2*ny+1), 1:2*nx+1:2*ny*(2*nx+1)+1, 2*ny*(2*nx+1)+1:(2*ny+1)*(2*nx+1)]; % nut bien bcdof=[bc*5-4,bc*5-3,bc*5-2,bc*5-1,bc*5];% tam bi ngam canh bcdof=unique(sort(bcdof)); [L,Xd] = eigens(K,M,bcdof); D0 = E(2)*t^3/12/(1-v12*v21); omega = sqrt(L(1:nf)); fdx = (omega*lx^2/pi^2)*sqrt(rho*t/D0); %% tinh ham muc tieu NormPhi = 0; for j = 1:nf Phidx = Xd(:,j); delPhi = Phid(:,j)- Phidx; NormPhi = NormPhi + (norm(delPhi,'fro')/norm(Phid(:,j),'fro'))^2; end ECBI = 1/nf*NormPhi; 84 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Bài báo “Chẩn đoán hư hại cho composite nhiều lớp sử dụng phương pháp lượng biến dạng giải thuật tìm kiếm phân nhánh ngẫu nhiên” đăng “Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học tồn quốc Vật liệu Kết cấu Composite: Cơ học, Công nghệ Ứng dụng” Nha Trang, 2016, trang 141 – 148
Ngày đăng: 04/10/2023, 10:42
Xem thêm:
