Phân tích độ nhạy cảm cho độ võng của dầm có vết nứt bằng phương pháp biến đổi wavelet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA [ \ LÝ VĨNH PHAN PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY CẢM CHO ĐỘ VÕNG CỦA DẦM CÓ VẾT NỨT BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ NGÀNH: 23.04.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2007 LUẬN VĂN ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Nhận xét cán hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG Nhận xét cán phản biện 1: Nhận xét cán phản biện 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Trường Đại Học Bách Khoa, ngày… tháng … năm 2007 Có thể tìm hiểu luận văn thư viện trường Đại học Bách Khoa TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Y Z NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên: LÝ VĨNH PHAN Phái: Nam Ngày sinh: 27-06-1978 Nơi sinh: Cà Mau Khóa: K14 Mã HV: 02103535 Chuyên ngành: XDDD&CN Mã số: 23.04.10 I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY CẢM CHO ĐỘ VÕNG CỦA DẦM CÓ VẾT NỨT BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương Tổng quan nhiệm vụ luận văn Chng Cơ sở lý thuyết phân tích Wavelet Chương Thành lập mô hình dầm phương pháp PTHH Chương p dụng số Phân tích toán thuận Chương Đánh giá độ nhạy cảm cho độ võng dầm có vết nứt phương pháp biến đổi Wavelet Chương Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 03/07/2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH PGS.TS NGUYỄN T HIỀN LƯƠNG Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Ngày tháng năm 2007 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn tôi, PGS.TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG, hỗ trợ động viên hướng dẫn mà cô dành cho suốt trình thực đề tài Tôi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy, Cô tham gia giảng dạy khóa học; học tài liệu mà thầy cô cung cấp cho học viên bổ ích việc học tập áp dụng vào thực tiễn Đặc biệt tận tình thầy cô với quan tâm sâu sắc định hướng cho học viên từ bắt đầu khóa học, giúp có định hình tránh bỡ ngỡ chuẩn bị cho đề tài tốt nghiệp Ngoài ra, xin cám ơn giúp đỡ bạn bè đồng khóa, hỗ trợ nhanh chóng kịp thời Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Thư Viện Đại Học Bách Khoa nhà trường Đó động lực giúp cho vượt qua khó khăn trình học tập Cuối cùng, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình Cha, Mẹ người nuôi nấng, dưỡng dục trưởng thành nên người hôm Chân thành cảm ơn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 Bài toán xác định vết nứt 1.2 Phương pháp xác định vết nứt dựa biến đổi Wavelet 1.3 Mục tiêu luận văn 1.4 Bố cục luận văn Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH WAVELET 2.1 Lịch sử đời phát triển cuûa Wavelet 2.2 Cơ sở phân tích Wavelet .8 2.2.1 Biến đổi Fourier 2.2.2 Biến đổi Fourier thời gian ngắn 2.2.3 Phân tích Wavelet 10 2.3 Biến đổi Wavelet 11 2.3.1 Bieán đổi Wavelet liên tục 12 a Định tỷ lệ 13 b Dòch 14 c Các bước thực biến đổi Wavelet liên tục 15 2.3.2 Biến đổi Wavelet rời rạc 16 a Lọc tầng: xấp xỉ chi tiết .17 b Bộ lọc .19 c Lọc thông thấp 19 d Loïc thoâng cao 20 e Hạ mẫu 20 f Phân tích đa mức số mức 21 2.4 Taùi taïo Wavelet 22 2.4.1 Các lọc tái tạo .22 a Sự tăng mẫu .22 b Lọc kết hợp 23 c Lọc loại trừ 23 d Bộ lọc gương cầu phương 24 2.4.2 Chi tieát xấp xỉ 25 2.4.3 Các chi tiết xấp xỉ tái tạo 26 2.4.4 Mối quan hệ lọc dạng Wavelet .27 2.4.5 Hàm tỷ lệ 29 2.4.6 Phân tích tái tạo đa mức 30 2.5 Các họ Wavelet hộp công cụ .30 2.5.1 Haar 30 2.5.2 Daubechies: dbN 31 2.5.3 Biorthogonal (song trực giao): biorNr.Nd .31 2.5.4 Coiflets: coifN 32 2.5.5 Symlets: symN 33 2.5.6 Morlet .33 2.5.7 Mũ Mêhicô (Mexican Hat) 34 2.5.8 Meyer .34 2.5.9 Các Wavelet thực khác 35 2.5.10 Các Wavelet phức 36 Chương 3- MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 Định nghóa phần tử hữu hạn 37 3.2 Phần tử dầm phẳng vết nứt 39 3.3 Phần tử dầm phẳng có vết nứt .43 3.3.1 Mô hình phần tử dầm có vết nứt 43 3.3.2 Ma trận độ cứng phần tử dầm có vết nứt 45 3.4 Bài toán tìm trị riêng xác định tần số dao động tự toán tìm chuyển vị tónh theo phương pháp phần tử hữu hạn 49 Chương 4- KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VẾT NỨT ĐẾN TẦN SỐ DAO ĐỘNG TỰ NHIÊN CỦA DẦM 4.1 Dầm tựa đơn hai đầu 55 4.1.1 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ 55 4.1.2 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ hai 56 4.1.3 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ ba .57 4.2 Dầm ngàm hai ñaàu 58 4.2.1 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ 58 4.2.2 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ hai 59 4.2.3 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ ba .60 4.3 Daàm Cantilever 61 4.3.1 AÛnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ 61 4.3.2 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ hai 62 4.3.3 Ảnh hưởng vết nứt đến Tần số thứ ba .63 4.4 So sánh kết tính toán từ chương trình PTHH với thực nghiệm 64 4.4.1 Dầm tựa đơn hai ñaàu 64 4.4.2 Dầm ngàm hai đầu 65 4.4.3 Daàm Cantilever 65 4.5 Kết luận .66 Chương 5- PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY CẢM CHO ĐỘ VÕNG CỦA DẦM CÓ VẾT NỨT BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET 5.1 Dầm ngàm hai đầu 69 5.1.1 Phân tích liên tuïc CWT 69 5.1.2 Phân tích rời rạc DWT 81 5.2 Daàm tựa đơn hai đầu 86 5.2.1 Phân tích liên tục CWT 86 5.2.2 Phân tích rời rạc DWT 95 Chương 6- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận chung 100 6.2 Kiến nghị cho nghiên cứu 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC - CHƯƠNG TRÌNH PTHH PHỤ LỤC 2- ĐẶC TÍNH CÁC HỌ WAVELET THỰC TRONG HỘP CÔNG CỤ CHƯƠNG TỔNG QUAN Một mối quan tâm hàng đầu công trình xây dựng an toàn kết cấu thiết kế Sự hư hỏng kết cấu tạo nhiều thiệt hại cho đời sống người Mặc dù kết cấu thiết kế đảm bảo an toàn trình tồn tại, sau khoảng thời gian chất lượng kết cấu bị suy giảm hư hỏng tuổi thọ vật liệu, cộng với không hoàn chỉnh cấu tạo, tác động tải trọng trình sử dụng, hay ảnh hưởng môi trường bên ngoài… làm ảnh hưởng đến tính an toàn chúng dẫn đến tai nạn mà người thiết kế người sử dụng không mong đợi Quá trình suy yếu kết cấu tiếp diễn theo thời gian sau hư hỏng xảy ra, chí dẫn đến sụp đổ phận hay toàn công trình lúc Do việc phát hiện, đánh giá khuyết tật hư hỏng kết cấu quan trọng Vấn đề xác định hư hỏng, khuyết tật kết cấu mà đặc biệt vết nứt nhận quan tâm to lớn nhiều nhà nghiên cứu lónh vực khác Đó toán chẩn đoán kỹ thuật đề cập từ năm đầu thập niên 60 kỷ 20 [14] 1.1 Bài toán xác định vết nứt Trên thực tế, lúc tháo dỡ phận kỹ thuật thực đo đạc, đánh giá khuyết tật hay vết nứt Do đời kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (Non-destructive Evalution, viết tắt Chương 1- Tổng quan NDE) tất yếu Có nhiều phương pháp NDE biết đến như: kỹ thuật phát âm (acoustic emission method), phương pháp tia X quang (X-ray method), thí nghiệm siêu âm (ultrasonic technique), phương pháp dựa dao động (vibration-based method), Một quan tâm chủ yếu lựa chọn kỹ thuật không phá hủy xác định biến dạng với độ xác cao sai số Tuy nhiên, phương pháp đánh giá không phá hủy có khả xác định tất hư hỏng Mỗi phương pháp có ưu điểm hạn chế khác nhau, khả phương pháp phụ thuộc vào giới hạn Một phương pháp NDE quan tâm nhiều nghiên cứu phương pháp dựa phân tích đáp ứng động học kết cấu để xác định mô hình toán học thích hợp ứng với trạng thái kết cấu Các vết nứt kết cấu tạo suy giảm độ cứng kết cấu Sự giảm sút đưa đến thay đổi đáng kể đặc trưng động học tần số tự nhiên, dạng dao động hay cản kết cấu Bởi việc xác định khả cản kết cấu phức tạp vết nứt thường xác định từ phân tích động học, sử dụng tần số tự nhiên hay dạng dao động Có thể tìm thấy nhiều nghiên cứu vết nứt sử dụng đặc trưng động học kết cấu công bố tạp chí nước như: - G.M Owolabi, A.S.J Swamidas, R Seshadri (2003) nghiên cứu ảnh hưởng vết nứt đến tần số dao động dầm với điều kiện biên thay đổi dựa số liệu đo đạc thực nghiệm, sở xác định vị trí chiều sâu vết nứt theo đồ thị đường tần số ba mode [6] - P Cawley, R Adams đánh giá toàn vẹn kết cấu (1978) xác định vị trí khuyết tật (1979) thông qua đo đạc thực nhiệm tần số tự nhiên kết cấu [15], [19] ... Chương 5- PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY CẢM CHO ĐỘ VÕNG CỦA DẦM CÓ VẾT NỨT BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET 5.1 Dầm ngàm hai ñaàu 69 5.1.1 Phân tích liên tục CWT 69 5.1.2 Phaân tích rời... ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY CẢM CHO ĐỘ VÕNG CỦA DẦM CÓ VẾT NỨT BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương Tổng quan nhiệm vụ luận văn Chng Cơ sở lý thuyết phân tích Wavelet. .. Đánh giá độ nhạy cảm cho độ võng dầm có vết nứt làm sở để xác định vết nứt dầm thông qua phương pháp biến đổi Wavelet Chương 6: Kết luận kiến nghị CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHÂN TÍCH WAVELET