Nghiên cứu xác định vị trí và độ sâu của nước trong kết cấu hệ thanh sử dụng phân tích wavelet

BỘ GIÁO DUC VA ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BAO CAO TONG KET DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP BO NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ ĐỘ SÂU VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU HỆ THANH SỬ DỤNG PHÂN TÍCH WAVELET Mã số: B2010-03-74 Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Trần Văn Liên Hà nội, 2/2011 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BAO CAO TONG KET DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP BO NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ ĐỘ SÂU VET NUT TRONG KET CAU HE THANH SU DUNG PHAN TICH WAVELET Mã số: B2010-03-74 Chủ nhiệm đề tài TRƯỜNG ĐẠI HỌC _: XÂY DỰNG Sere / tt Hà nội, 2/2011 (ký, họ tên) ¬—¬ Xác nhận quan chủ trì đề tài Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài Đơn vị công tác lĩnh vực ee n Họ tên x chuyên môn _ Bộ môn Sức bền vật liệu, VU So Bộ môn Sức bền vật liệu, PGS TS Trân Văn Liên ẤP GS TS Nguyen Van Bie Trưởng Đại học Xiy dựng Trường Đại học Xây dựng Xu Hy ta GS TSKH Nguyễn Tiên Khiêm Phịng Chân đốn kỹ thuật, TS Nguyễn Việt Khoa Phịng Chân đốn kỹ thuật, KS Trần Tuấn Khôi Viện thiết kế, Bộ Quốc phòng KS Nguyễn Thị Hường Ti Vien’ Co hoc Viên Cơ họo oe aa Don vi phéi hgp chinh Tén don vi : eng nước Họ tên người đại điện don vi Phịng Chẩn đốn kỹ _ | GS TSKH Nguyễn Tiến Khiêm, Trưởng thuật, Viện Cơ học phịng Chân đốn kỹ thuật, Viện Cơ học MUC LUC Danh sach vién tham gia dé tai va don vi phối hợp Mục lục Thơng tin kết nghiên cứu tiếng Việt tiếng Anh CHUONG TONG QUAN 1,1 Hư hồng cục kết cấu 11 1.2 Các nghiên cứu xác định hư hỏng kết cấu 14 1.2.1 Các phương pháp truyền thống 15 1.2.2 Xác định hư hỏng dựa vào đặc trưng động học 15 1.2.3 Xác định hư hỏng dựa vào biến đổi wavelet tín hiệu 16 1.3 Vấn đề giới hạn nghiên cứu đề tài 17 1.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG MƠ HÌNH PHẢN TỬ HỮU HẠN PHÂN TÍCH KẾT CẤU THANH CÓ NHIÊU VÉT NỨT CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH 2.1 Mơ hình học vết nứt 20 2.1.1 Mơ hình dầm phẳng có nhiều vết nứt 21 2.1.2 Mơ hình khơng gian có nhiều vết nứt 22 2.2 Mơ hình phần tử hữu hạn có nhiều vết nứt 23 2.2.1 Phần tử chịu uốn 23 2.2.2 Phần tử chịu kéo, nén chịu xoắn 26 2.3 Phần tử khơng gian có nhiều vết nút 27 2.3.1 Ma trận độ cứng cho chiều có nhiều vét nứt 27 2.3.2 Véc tơ tải trọng cho chiều có nhiều vết nứt 30 2.4 Sơ đồ khối chương trình PTHH phân tích kết cấu có nhiều vết nứt chịu tải trọng tĩnh 2.5 Kết luận chương 31 31 CHUONG PHÂN TÍCH WAVELET VA XU LY NHIEU DO DAC CUA DAM CHIU UON 3.1 Phan tich wavelet 33 3.1.1 Phan tich Fourier va phan tich wavelet 33 3.1.2 Cơ sở tốn học phân tích wavelet 35 3.1.3 Phân tich wavelet xấp xỉ tiết 37 38 40 40 41 43 44 44 3.1.4 Một số wavelet thông dụng 3.2 Xử lý nhiễu tín hiệu đo wavelet 3.2.1 Nguyên tắc chung xử lý nhiễu 3.2.2 Xử lý nhiễu đo đạc dầm chịu uốn 3.2.3 Thuật tốn chương trình xử lý nhiễu 3.3 Xác định độ võng dầm có số liệu đo biến dạng 3.3.1 Biến dạng độ võng dầm chịu uốn 3.3.2 Xác định độ võng dầm có số liệu đo biến dạng 3.4 Sơ đồ khối bước tiến hành xác định vết nứt dầm phương pháp phân tích wavelet 3.5 Kết luận chương CHUONG XÁC ĐỊNH VET NUT TRONG KET CAU HE THANH BANG 45 46 PHAN TICH WAVELET 4.1 Dam công xôn chịu tải trọng phân bố 48 4.1.1 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng điểm đo 48 4.1.2 Phân tích wavelet độ võng dầm theo độ sâu vét nứt 49 4.1.3 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng vết nứt có độ sâu 4.1.4 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng vết nứt có độ sâu khác 4.2 DẦm công xôn chịu tải trọng tập trung 4.2.1 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng điểm đo 4.2.2 Phân tích wavelet độ võng dầm theo độ sâu vết nứt 4.2.3 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng vét nứt có độ sâu 4.2.4 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng vết nứt có độ sâu khác 4.3 DẦm đơn giản chịu tải trọng phân bồ 4.3.1 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng điểm đo 4.3.2 Phân tích wavelet độ võng dầm theo độ sâu vết nứt 50 4.3.3 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng vết nứt có độ sâu 60 4.3.4 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng vết nứt có độ sâu 62 khác 63 63 64 4.4 DẦm đơn giản chịu tải trọng tập trung 4.4.1 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng điểm chia 4.4.2 Phân tích wavelet độ võng đầm theo độ sâu vết nứt 4.4.3 Phân tích wavelet độ võng dầm theo số lượng vết nứt có độ sâu 65 4.4.4 Phân tích wavelet độ võng đầm theo số lượng vết nứt có độ sâu khác 67 68 4.5 Kết cấu khung có nhiều vết nút chịu tải trọng tĩnh 4.5.1 Phân tích wavelet theo số lượng điểm chia 69 4.5.2 Phân tích wavelet theo độ sâu vết nứt 70 4.5.3 Phân tích wavelet theo số lượng vết nứt có độ sâu 71 4.5.4 Phân tích wavelet theo số lượng vết nứt có độ sâu khác 72 73 4.6 Kết luận chương CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VÉT NỨT TRONG DÀM CHỊU UỐN BANG PHAN TICH WAVELET CUA CÁC CHUYỂN VỊ TĨNH 5.1 Các bước tiến hành thí nghiệm 75 5.2 Đo biến dạng dầm công xôn chịu tải trọng tập trung đầu tự 75 5.2.1 Dụng cụ chuẩn bị thí nghiệm 75 5.2.2 Chuẩn bị đối tượng cần đo đề dán điện trở 75 5.2.3 Dán điện trở lên đối tượng đo 77 5.2.4 Hàn điện trở vào nối 77 5.2.5 Nối điện trở vào mạch cầu máy đo 79 5.2.6 Bật máy đo chỉnh không 80 5.2.7 Gia tải cho đầm 80 5.3 Kết đo đạc xử lý nhiễu phân tích wavelet chuyền vị ngang dầm chịu uốn vết nứt 81 5.4 Xác định vết nứt dầm chịu uốn có vết nút phân tích wavelet chuyền vị tĩnh đo từ thực nghiệm 83 5.4.1 DẦm có vết nứt với độ sâu 5% 83 5.4.2 Dam có I vết nứt với độ sâu 10% 85 5.4.3 Dầm có vết nứt với độ sâu 20% 88 5.4.4 Dam có vết nứt với độ sâu 25% 89 5.5 Xác định vết nứt dầm chịu uốn có vết nút phân tích wavelet chuyên vị tĩnh đo từ thực nghiệm 90 5.5.1 Dầm có vết nứt với độ sâu 13% 25% 90 5.5.2 Dầm có vết nứt với độ sâu 17% 25% 91 5.5.3 Dầm có vết nứt với độ sâu 22% 25% 93 5.6 Kết luận chương 94 KÉT LUẬN CHUNG 95 Hướng phát triển 98 Tài liệu tham khảo 99 PHỤ LỤC 103 PLI Chương trình MatLab tính tốn kết cấu có nhiều vết nứt theo phương pháp phần tử hữu hạn PL2 Chương trình Matlab phân tích wavelet chân đốn vét nứt kết cấu hệ PL3 Chương trình phân tích xử lý nhiễu biến đổi wavelet PL4 Bài báo 1: Xác định vết nứt dầm phân tich wavelet PL5 Bài báo 2: Xác định vết nứt kết cấu hệ phân tích wavelet chuyên vị tĩnh PL6 Bài báo 3: Nghiên cứu thực nghiệm phương pháp xác định vét nứt dầm chịu uốn phân tích wavelet chuyển vị tĩnh Bản Thuyết minh dé tai da phê duyệt 149 155 BO GIAO DUC VA DAO TAO Đơn vị: Trường Đại học Xây dựng THONG TIN KET QUÁ NGHIÊN CỨU Thong tin chung - _ Tên đề tài: Nghiên cứu xác định vị trí độ sâu vết nứt kết cấu hệ sử dụng phân tích wavelet - Maso: B2010-03-74 Chu nhiém: PGS TS Tran Văn Liên - Co quan cht tri: Truong Đại học Xây dựng -_ Thời gian thuc hién: 1/2010— 12/2010 Muc tiéu Mục tiêu đề tài xây dựng phương pháp tơng qt xác định số lượng, vị trí độ sâu vết nứt kết câu hệ (dầm khung) phép phân tích tơng hợp tín hiệu wavelet số liệu đo chuyền vị tĩnh kết cấu Tính sáng tạo Việc đánh giá xác số lượng, vị trí độ sâu vết nứt kết cấu hệ vấn đề quan trọng, cần thiết, thu hút quan tâm nhà nghiên cứu xây dựng giới Việt Nam Phương pháp xác định hư hỏng kết cầu dựa vào biến đổi wavelet tín hiệu phương pháp chan đốn cho kết tương đối tốt có thê ứng dụng hiệu cho cơng trình thực tế Tuy nhiên, nghiên cứu dừng lại kết cấu đơn giản dầm với vết nứt Khắc phục hạn chế này, đề tài đạt nhiều kết sáng tạo: -_ Đã xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn khơng gian có nhiều vết nút theo phương pháp ma trận truyền, từ lập thuật tốn chương trình phân tích kết cấu dạng có nhiều vết nứt chịu tải trọng tĩnh MatLab - Đã ứng dụng thành công phương pháp phân tích wavelet chuyển vị tĩnh kết cấu hệ để xác định số lượng vị trí, độ sâu vết nứt kết cầu hệ Đề tài xây dựng thành công phương pháp với thuật tốn chương trình xử lý nhiễu đo đạc - Đã rõ vết nứt có độ sâu nhỏ (