Đánh giá một số phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu tấm từ kết quả phân tích dao động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MẠNH TUẤN ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG KẾT CẤU TẤM TỪ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG Chuyên ngành: KTXD cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS HỒ ĐỨC DUY Cán chấm nhận xét 1: TS LÊ TRUNG KIÊN Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN THÁI BÌNH Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM, ngày 21 tháng 08 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS NGUYỄN MINH LONG TS TRẦN VĂN PHÚC TS TRẦN TUẤN KIỆT TS LÊ TRUNG KIÊN TS NGUYỄN THÁI BÌNH Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN MẠNH TUẤN MSHV: 1570068 Ngày, tháng, năm sinh: 17/12/1990 Nơi sinh: Bình Phước Chuyên ngành: KTXD CT dân dụng công nghiệp Mã số: 60 58 02 08 TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN HƯ I HỎNG KẾT CẤU TẤM TỪ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: So sánh đánh giá phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu từ kết phân tích dao động Kết phân tích từ phương pháp so sánh với kết từ nghiên cứu công bố - Phương pháp 1: Phương pháp dựa thay đổi tần số - Phương pháp 2: Phương pháp dựa thay đổi dạng dao động - Phương pháp 3: Phương pháp dựa thay đổi độ cong dạng dao động - Phương pháp 4: Phương pháp lượng biến dạng - Phương pháp 5: Phương pháp làm mịn mặt cong - Phương pháp 6: Phương pháp tải phân bố bề mặt III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/09/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 07/08/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS HỒ ĐỨC DUY Tp HCM, ngày 07 tháng 08 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS HỒ ĐỨC DUY TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) I LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn PGS.TS Hồ Đức Duy, thầy tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Với cá nhân tơi, tận tâm bảo thầy hình ảnh người thầy đáng kính nghiệp giáo dục Tơi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường đại học Bách khoa Tp HCM, thầy cô truyền đạt kiến thức phương pháp học tập Đó kiến thức thiếu đường nghiên cứu khoa học công việc sau Tôi xin cảm ơn giúp đỡ bạn bè, anh chị học viên khố 2015 Sau cùng, tơi muốn tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân động viên tinh thần, tạo điều kiện giúp đỡ nhiều suốt thời gian học tập thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 08 năm 2018 Nguyễn Mạnh Tuấn II TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu về lĩnh vực chẩn đoán hư hỏng kết cấu Sáu phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu từ kết phân tích dao động so sánh đánh giá, từ tính khả thi việc ứng dụng sáu phương pháp cho toán thực tế phân tích Các phương pháp chẩn đốn sử dụng kết phân tích dao động tần số dao động dạng dao động Các phương pháp chẩn đoán áp dụng chẩn đoán mô phần tử khối ba chiều Các phương pháp phân tích sử dụng luận văn sau: • • • • • • Phương pháp dựa thay đổi tần số Phương pháp dựa thay đổi dạng dạng dao động Phương pháp dựa thay đổi độ cong dạng dao động Phương pháp lượng biến dạng Phương pháp làm mịn mặt cong Phương pháp tải phân bố bề mặt III ABSTRACT This thesis presents a study in Structural Health Monitoring (SHM) of civil structures Six vibration-based damage detection methods for plate-like structures were evaluated These methods use natural frequencies and mode shapes analyzed from modal analysis process The feasibility of the methods is verified by numerical simulations which are compared to experimental results The 3D finite element model using ABAQUS software is used to model the plate and to implement the modal analysis Six vibration-based damage detection methods are following: • • • • • • Frequency Change-based Method Modal Assurance Criterion Method Mode Shape Curvature-based Method Modal Strain Energy-based Method Two Dimensional Gapped Smoothing Method Uniform Load Surface Method IV LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, ngoại trừ số liệu kết tham khảo từ cơng trình nghiên cứu khác ghi rõ luận văn, công việc cá nhân thực hướng dẫn PGS.TS Hồ Đức Duy Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố nghiên cứu khác Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Tuấn V MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHƯƠNG GIỚI THIỆU 11 1.1 Giới thiệu chung 11 1.1.1 Theo dõi chẩn đoán kết cấu (SHM) 11 1.1.2 Kết cấu 14 CHƯƠNG TỔNG QUAN 16 2.1 Tình hình nghiên cứu nước 16 2.2 Tình hình nghiên cứu nước 18 2.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 18 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 3.1 Phương pháp dựa thay đổi tần số ( Frequency Change-based Method) 20 3.1.1 Giới thiệu phương pháp .20 3.1.2 Công thức đánh giá 20 3.1.3 Trình tự thực hiện 22 3.2 Phương pháp dựa thay đổi dạng dao động (Modal Assurance Criterion Method) 22 3.2.1 Giới thiệu phương pháp .22 3.2.2 Công thức đánh giá 23 3.2.3 Trình tự thực hiện 24 3.3 Phương pháp dựa thay đổi độ cong dạng dao động ( Mode Shape Curvature-based Method) 24 3.3.1 Giới thiệu phương pháp .24 3.3.2 Công thức đánh giá 24 3.3.3 Trình tự thực hiện 28 3.4 Phương pháp lượng biến dạng (Modal Strain Energy – based Method) 28 3.4.1 Giới thiệu phương pháp .28 3.4.2 Công thức đánh giá 29 3.4.3 Trình tự thực hiện 32 3.5 Phương pháp làm mịn mặt cong (Two Dimensional Gapped Smoothing Method) 32 3.5.1 Giới thiệu phương pháp .32 3.5.2 Công thức đánh giá 33 3.5.3 Trình tự thực hiện 35 3.6 Phương pháp tải phân bố bề mặt (Uniform Load Surface Method) 36 3.6.1 Giới thiệu phương pháp .36 3.6.2 Công thức đánh giá 36 3.6.3 Trình tự thực hiện 38 3.7 Loại bỏ vùng nhiễu 39 CHƯƠNG BÀI TOÁN ÁP DỤNG 40 4.1 Phân tích dao động của nhôm (Hu cộng 2008) 40 4.2 Mô hình 43 4.2.1 Khảo sát trường hợp hư hỏng D1 44 4.2.2 Khảo sát trường hợp hư hỏng D2 63 4.2.3 Khảo sát trường hợp hư hỏng D3 70 4.2.4 Khảo sát trường hợp hư hỏng D2 so với hư hỏng D1 74 4.2.5 Khảo sát vị trí mặt phẳng xuất liệu 78 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 5.1 Kết luận 83 5.2 Kiến nghị 84 LÍ LỊCH TRÍCH NGANG 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phân chia cấp độ khảo sát hư hỏng (Wei, F and Pizhong, Q 2010) 13 Bảng 1.2: Tổng hợp phân loại phương pháp (Wei, F and Pizhong, Q 2010) 13 Bảng 1.3: Tổng hợp ưu điểm nhược điểm của một số phương pháp (Wei, F and Pizhong, Q 2010) .14 Bảng 3.1: Hệ số xác định tần số của theo điều kiện biên (Ahmed Mohammad 2014) .21 Bảng 4.1: Kết quả tần số ( Hz ) của thí nghiệm mơ hình 44 Bảng 4.2: Giá trị M A.C dạng dao động của không hư hỏng hư hỏng D1 45 Bảng 4.3: Các dạng dao động thu động trường hợp không hư hỏng hư hỏng D1 45 Bảng 4.4: So sánh độ cong dạng dao động mode trường hợp không hư hỏng hư hỏng D1 48 Bảng 4.5: Chỉ số hư hỏng theo dạng dao động 50 Bảng 4.6: Năng lương biến dạng của phần tử trong trạng thái không hư hỏng hư hỏng D1 .52 Bảng 4.7: Chỉ số hư hỏng theo dạng dao động 53 Bảng 4.8: Chỉ số vị trí hư hỏng theo dạng dao động sau chuẩn hóa loại bỏ vùng nhiễu .54 Bảng 4.9: So sánh độ cong dạng dao động của mặt cong làm mịn hư hỏng D1 .55 Bảng 4.10: Chỉ số hư hỏng theo dạng dao động 56 Bảng 4.11: Chỉ số vị trí hư hỏng theo dạng dao động sau chuẩn hóa loại bỏ vùng nhiễu .56 Bảng 4.12: Mặt cong ULS theo mode trường hợp không hư hỏng hư hỏng D1 57 Bảng 4.13: Mặt cong ULS theo tổng mode trường hợp không hư hỏng hư hỏng D1 58 ... sánh đánh giá phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu từ kết phân tích dao động Kết phân tích từ phương pháp so sánh với kết từ nghiên cứu công bố - Phương pháp 1: Phương pháp dựa thay đổi tần số. .. vực chẩn đoán hư hỏng kết cấu Sáu phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu từ kết phân tích dao động so sánh đánh giá, từ tính khả thi việc ứng dụng sáu phương pháp cho tốn thực tế phân tích Các phương. .. - Phương pháp 2: Phương pháp dựa thay đổi dạng dao động - Phương pháp 3: Phương pháp dựa thay đổi độ cong dạng dao động - Phương pháp 4: Phương pháp lượng biến dạng - Phương pháp 5: Phương pháp