THÔNG TIN TÀI LIỆU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Ngơ Trọng Đức PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ CHẨN ĐỐN KẾT CẤU DẦM BẰNG VẬT LIỆU CƠ TÍNH BIẾN THIÊN CÓ NHIỀU VẾT NỨT Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9520101 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Ngơ Trọng Đức PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ CHẨN ĐỐN KẾT CẤU DẦM BẰNG VẬT LIỆU CƠ TÍNH BIẾN THIÊN CÓ NHIỀU VẾT NỨT Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9520101 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS TRẦN VĂN LIÊN HÀ NỘI - 2019 i LỜI CẢM ƠN Luận án ―Phân tích dao động chẩn đoán kết cấu dầm vật liệu tính biến thiên có nhiều vết nứt‖ kết nghiên cứu thời gian vừa qua Tác giả hướng dẫn GS.TS Trần Văn Liên (Trường Đại học Xây dựng) Luận án nhằm giải số vấn đề đặt phân tích chẩn đoán hư hỏng kết cấu dầm làm vật liệu tính biến thiên Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Trường Đại học Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau Đại học, Khoa Xây dựng Dân dụng Công nghiệp, Bộ môn Sức bền vật liệu, nhà khoa học, đặc biệt GS.TS Trần Văn Liên hướng dẫn nghiên cứu tạo điều kiện giúp tơi hồn thành Luận án ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn GS.TS Trần Văn Liên, hiểu biết tin tưởng Các số liệu, kết đưa luận án trung thực chưa tác giả khác công bố tài liệu Hà nội, ngày … tháng … năm 2019 Tác giả luận án Ngô Trọng Đức iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii Các ký hiệu vii Các chữ viết tắt ix DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ x Danh mục bảng x Danh mục sơ đồ x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi MỞ ĐẦU 1 Lý lựa chọn đề tài Mục đích, mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cơ sở khoa học Ý nghĩa khoa học thực tiễn Những kết đạt đƣợc Cấu trúc luận án CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đánh giá trạng thái kỹ thuật cơng trình 1.1.1 Sự cần thiết phải tiến hành SHM 1.1.2 Các cấp độ SHM 1.1.3 Những thành phần hệ thống SHM 1.1.4 SHM dựa vào đặc trưng động lực học 10 1.2 Vật liệu tính biến thiên 11 1.2.1 Khái niệm vật liệu FGM 11 1.2.2 Phân loại vật liệu FGM 12 1.3 Mơ hình hóa hƣ hỏng 13 1.3.1 Mô hình kết cấu liên tục (hệ vơ hạn bậc tự do) 13 1.3.2 Mơ hình kết cấu rời rạc (hệ hữu hạn bậc tự do) 14 iv 1.3.3 Mơ hình tham số kết cấu không nguyên vẹn [12] 16 1.4 Mơ hình vết nứt phân tích động lực kết cấu dầm 17 1.4.1 Các dạng vết nứt [16] 17 1.4.2 Mơ hình suy giảm độ cứng theo hệ số tập trung ứng suất 18 1.4.3 Mơ hình suy giảm độ cứng liên tục 20 1.4.4 Mơ hình lò xo đàn hồi 22 1.5 Các nghiên cứu phân tích kết cấu dầm FGM có nhiều vết nứt 25 1.6 Phƣơng pháp độ cứng động lực phân tích kết cấu dầm 27 1.6.1 Khái niệm phương pháp độ cứng động lực 27 1.6.2 Các nghiên cứu phương pháp độ cứng động lực 28 1.7 Các phƣơng pháp chẩn đoán hƣ hỏng dựa đặc trƣng động lực 30 1.7.1 Phương pháp dựa tần số dao động 31 1.7.2 Phương pháp dựa thay đổi dạng dao động riêng 32 1.7.3 Phương pháp đo đạc ma trận độ mềm 35 1.7.4 Phương pháp sử dụng phân tích wavelet 37 1.7.5 Phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo 38 1.8 Định hƣớng nghiên cứu 41 1.9 Kết luận chƣơng 41 CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA DẦM TIMOSHENKO FGM CÓ NHIỀU VẾT NỨT 43 2.1 Dao động dầm Timoshenko nguyên vẹn 44 2.1.1 Các hệ thức 44 2.1.2 Phương trình vi phân dao động miền thời gian miền tần số 45 2.1.3 Nghiệm phương trình vi phân dao động tự 48 2.1.4 Nghiệm phương trình vi phân dao động cưỡng 50 2.2 Điều kiện liên tục vị trí vết nứt Mơ hình hai lò xo tƣơng đƣơng 51 2.3 Dao động dầm Timoshenko có nhiều vết nứt 53 2.3.1 Xác định ma trận hàm vết nứt G(x) biểu thức chuyển vị Z c (x) 53 2.3.2 Tần số dạng dao động riêng dầm Timoshenko có nhiều vết nứt 55 2.3.3 Dao động cưỡng dầm Timoshenko có nhiều vết nứt 57 2.4 Ma trận độ cứng động lực véc tơ tải trọng quy nút phần tử dầm Timoshenko có nhiều vết nứt 57 v 2.4.1 Ma trận độ cứng véc tơ tải trọng quy nút 58 2.4.2 Ghép nối điều kiện biên 60 2.4.3 Phân tích kết cấu phương pháp độ cứng động lực 61 2.5 Sơ đồ thuật tốn chƣơng trình 63 2.5.1 Sơ đồ phân tích kết cấu phương pháp độ cứng động lực 63 2.5.2 Sơ đồ khối chương trình lập 64 2.6 Kết luận chƣơng 66 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA KẾT CẤU DẦM BẰNG VẬT LIỆU FGM CÓ NHIỀU VẾT NỨT 67 3.1 Kiểm tra độ tin cậy chƣơng trình đƣợc lập 67 3.1.1 So sánh kết tính tần số dao động riêng 67 3.1.2 So sánh kết tính dạng dao động riêng 69 3.2 Phân tích dao động dầm FGM Timoshenko nguyên vẹn 71 3.2.1 Ảnh hưởng vị trí trục trung hòa đến tần số dao động riêng 71 3.2.2 Ảnh hưởng điều kiện biên đến tần số dao động riêng 71 3.2.3 Ảnh hưởng tham số vật liệu FGM đến tần số dao động riêng 73 3.3 Phân tích dao động dầm FGM Timoshenko có nhiều vết nứt 74 3.3.1 Tần số dao động riêng dầm Timoshenko FGM có nhiều vết nứt 74 3.3.2 Dạng dao động riêng dầm Timoshenko FGM có nhiều vết nứt 77 3.3.3 Dao động cưỡng dầm Timoshenko FGM có nhiều vết nứt 81 3.4 Phân tích dao động dầm liên tục FGM có nhiều vết nứt 83 3.4.1 Tần số dao động riêng dầm liên tục FGM có nhiều vết nứt 83 3.4.2 Dạng dao động riêng dầm liên tục FGM có nhiều vết nứt 86 3.4.3 Dao động cưỡng dầm liên tục FGM có nhiều vết nứt 92 3.5 Kết luận chƣơng 94 CHƢƠNG 4: CHẨN ĐOÁN VẾT NỨT TRÊN KẾT CẤU DẦM FGM BẰNG PHÂN TÍCH WAVELET VÀ MẠNG ANN 97 4.1 Chẩn đốn vị trí vết nứt phân tích wavelet dừng 97 4.1.1 Cơ sở toán học biến đổi wavelet 97 4.1.2 Một số họ wavelet thông dụng 100 4.1.3 Nhiễu đo đạc khử nhiễu 101 4.1.4 Bộ công cụ phân tích wavelet MatLab 103 vi 4.1.5 Sơ đồ phương pháp chẩn đốn vết nứt phân tích wavelet dừng dạng dao động hay chuyển vị động 104 4.1.6 Kết số chẩn đốn vị trí vết nứt phân tích wavelet dừng 104 4.2 Chẩn đốn vết nứt mạng trí tuệ nhân tạo 113 4.2.1 Nơ ron nhân tạo 113 4.2.2 Mạng trí tuệ nhân tạo 115 4.2.3 Phương pháp học huấn luyện mạng 117 4.2.4 Bộ công cụ ANN MatLab 118 4.2.5 Sơ đồ phương pháp chẩn đoán vết nứt ANN 119 4.2.6 Kết số chẩn đoán vết nứt ANN 120 4.3 Chẩn đốn vết nứt kết hợp phân tích SWT ANN 124 4.3.1 Chẩn đốn vết nứt dầm cơng xơn FGM ANN sử dụng phân tích SWT dạng dao động riêng 125 4.3.2 Chẩn đoán vết nứt dầm cơng xơn FGM ANN sử dụng phân tích SWT chuyển vị cưỡng 126 4.4 Kết luận chƣơng 127 KẾT LUẬN CHUNG 129 A Những kết chủ yếu đạt đƣợc luận án 129 B Kiến nghị hƣớng phát triển luận án 130 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu A11 Độ cứng dọc trục A12 Độ cứng tƣơng hỗ kéo-uốn A22 Độ cứng chống uốn A33 Độ cứng chống trƣợt aj Độ sâu vết nứt thứ j (tỷ số chiều sâu vết nứt chiều cao tiết diện, tính %) b Chiều rộng dầm (m) cAj Hệ số xấp xỉ biến đổi wavelet cDj Hệ số chi tiết biến đổi wavelet cDj Hệ số chi tiết mức j cAj Hệ số xấp xỉ mức j Et Mô đun đàn hồi Young vật liệu mặt dầm FGM (N/m2) Eb Mô đun đàn hồi Young vật liệu mặt dƣới dầm FGM (N/m2) ej Vị trí vết nứt thứ j fi Hàm truyền nơ ron thứ i Gt Mô đun trƣợt hữu hiệu vật liệu lớp dầm FGM (N/m2) Gb Mô đun trƣợt hữu hiệu vật liệu lớp dƣới dầm FGM (N/m2) h Chiều cao dầm (m) h0 Khoảng cách từ trục trung hòa đến trục dầm I11 Mơ men khối lƣợng dọc trục I12 Mô men khối lƣợng tƣơng hỗ trục - xoay I22 Mô men khối lƣợng xoay (của mặt cắt ngang) L Chiều dài dầm (m) viii U, W, Θ Biên độ chuyển vị dọc trục, chuyển vị uốn góc xoay u0, w0 Các chuyển dọc trục, uốn trục trung hoà wki Trọng số thứ k nơ ron thứ i xk Đầu vào thứ k nơ ron yk Đầu thứ k nơ ron zc ( x, ) Nghiệm đầy đủ phƣơng trình vi phân khơng zc ( x, ) Nghiệm tổng quát phƣơng trình vi phân zq ( x, ) Nghiệm riêng phƣơng trình không Tham số động lực t Khối lƣợng riêng vật liệu mặt dầm FGM (Kg/m3) b Khối lƣợng riêng vật liệu mặt dƣới dầm FGM (Kg/m3) (x) Hàm tỷ lệ (x) Hàm wavelet i Độ lệch nơ ron thứ i t Hệ số poisson vật liệu mặt dầm FGM b Hệ số poisson vật liệu mặt dƣới dầm FGM Tần số dao động (rad/s) j , j Tần số riêng (rad/s) dạng dao động riêng thứ j kết cấu *j Tần số riêng đo đƣợc thứ j kết cấu [B0], [BL] Toán tử điều kiện biên bên trái, bên phải dầm [Gc(x)] Ma trận hàm vết nứt [H(x, )] Ma trận hàm truyền Kˆ e ( ) , Fˆe Ma trận độ cứng động lực, véc tơ tải trọng quy nút phần tử dầm FGM hệ tọa độ địa phƣơng ... chẩn đoán vết nứt ANN 119 4.2.6 Kết số chẩn đoán vết nứt ANN 120 4.3 Chẩn đoán vết nứt kết hợp phân tích SWT ANN 124 4.3.1 Chẩn đoán vết nứt dầm công xôn FGM ANN sử dụng phân. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Ngơ Trọng Đức PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ CHẨN ĐỐN KẾT CẤU DẦM BẰNG VẬT LIỆU CƠ TÍNH BIẾN THIÊN CÓ NHIỀU VẾT NỨT Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số:... 94 CHƢƠNG 4: CHẨN ĐOÁN VẾT NỨT TRÊN KẾT CẤU DẦM FGM BẰNG PHÂN TÍCH WAVELET VÀ MẠNG ANN 97 4.1 Chẩn đốn vị trí vết nứt phân tích wavelet dừng 97 4.1.1 Cơ sở toán học biến đổi wavelet
Ngày đăng: 20/03/2019, 06:09
Xem thêm: