MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC ĐỂ XÁC ĐỊNH HƯ HẠI

Một phần của tài liệu Xác định hư hại trong kết cấu dầm sử dụng số liệu hầm đáp ứng tần số (frf) (Trang 28 - 32)

Trong vài năm gần đây đã có rất nhiều phương pháp xác định hư hại, khuyết tật của kết cấu đƣợc phát triển dựa vào các thông số động lực học với các giải thuật và cơ sở dữ liệu từ thực nghiệm khác nhau, với những ƣu nhƣợc điểm khác nhau. Để phát triển hoặc lựa chọn phương pháp xác định khuyết tật kết cấu SDIM (structural damage identification methods) là đáng tin cậy, phù hợp thì cần phải hiểu rõ mức độ ảnh hưởng của khuyết tật, hư hại đến các đặc tính động lực học của kết cấu.

Một số phương pháp xác định hư hại như:

 Phương pháp dựa trên tần số tự nhiên (Natural frequency – based methods)

 Phương pháp dạng dựa trên dao động (Mode shape – based methods)

 Phương pháp độ cong dao động (Curvature mode shape method)

 Một vài phương pháp khác.

2.2.1 Phương pháp dựa trên tần số tự nhiên

Đây là một phương pháp đơn giản để xác định vết nứt trong dầm. Các vết nứt đƣợc mô hình hóa nhƣ lò xo xoay và các bài toán đƣợc giải bằng cách dùng phương pháp Phần tử hữu hạn. Bài toán ngược được giải bằng phương pháp lặp cho các vị trí và kích thước của các vết nứt bằng cách sử dụng phương pháp lặp Newton-Raphson. Phần lớn các nghiên cứu liên quan đến việc xác định vết nứt trong dầm xử lý cho một trường hợp vết nứt đơn.

Phương pháp vẽ đường đồng mức tần số đã từng là một trong những phương pháp đƣợc sử dụng để xác định một vết nứt đơn bằng cách sử dụng ba tần số tự nhiên thấp nhất. Liang et al. [17] đã đề xuất rằng vị trí và kích thước của một vết nứt có thể đƣợc xác định thông qua việc tìm kiếm các giao điểm của ba đường đồng mức tần số. Mô hình được dựa trên lý thuyết dầm Euler- Bernoulli với mô hình nhƣ trong hình 2.2. Các vết nứt đã đƣợc mô hình hóa nhƣ một lò xo xoay có khối lƣợng.

Hình. 2.2. Dầm có một vết nứt và mô hình Phần tử hữu hạn của dầm

Số lượng các vết nứt xuất hiện trong dầm thường không rõ và phương pháp này giả định rằng số lượng các vết nứt được biết trước cho nên phương pháp này có nhiều hạn chế khi ứng dụng trong thực tiễn. Trong mô hình hƣ hại

liên tục của Hu và Liang đã giới thiệu một số hƣ hại. Dầm đƣợc chia thành nhiều phân đoạn với những đoạn giả định có một số hư hại tương ứng và nghiên cứu của ông đã phát triển và giải một tập hợp các phương trình để xác định có bao nhiêu phân đoạn chứa các vết nứt. Cách tiếp cận này có thể xem là một phương pháp hiệu quả cho việc xử lý nhằm cung cấp những dự đoán ban đầu về các thông số vết nứt mà không đề cập đến số lƣợng các vết nứt.

2.2.2 Phương pháp dựa trên dạng dao động (Mode shape – based methods) Kim et al [18] đưa ra một phương pháp xác định hư hại dựa trên tần số tự nhiên (frequency based damage detection - FBDD). Một thuật toán hƣ hại cục bộ dùng để xác định vị trí hƣ hại từ những thay đổi trong tần số tự nhiên và dự đoán kích thước vết nứt từ nhiễu loạn tần số tự nhiên. Tiếp theo, phát hiện hư hại dựa trên phương pháp dạng dao động (mode shape-based damage detection - MBDD). Một thuật toán chỉ ra số hƣ hại cục bộ và dự đoán mức độ hƣ hại dựa trên việc kiểm tra những thay đổi trong năng lƣợng biến dạng đƣợc xây dựng. Các phương pháp FBDD và MBDD được đánh giá cho một số trường hợp hư hại bằng cách xác định vị trí và kích thước hư hại, trong thí nghiệm mô phỏng dầm bê tông dự ứng lực trong đó tần số tự nhiên và dạng dao động đƣợc tạo ra từ mô hình Phần tử hữu hạn. Kết quả của các phân tích chỉ ra rằng phương pháp FBDD và MBDD dự đoán chính xác đúng vị trí và kích thước của hư hại so với kết quả từ thử nghiệm ở dầm. Bài toán được mô tả nhƣ trong hình 2.3.

Hình. 2.3. Mô hình dầm với một vết nứt

Bằng cách áp dụng các phương pháp xác định hư hại dựa trên tần số tự nhiên đã đƣợc so với kết cấu từ kết quả thí nghiệm đã cho ta thấy những hƣ hại tương đối nhỏ trong dầm.

2.2.3 Phương pháp độ cong dạng dao động(Curvature mode shape method) Pandey, Biswas và Samman [19] đã giới thiệu một phương pháp mới đƣợc gọi là "độ cong dạng dao động". Sự khác biệt giữa độ cong dạng dao động của dầm giữa trạng thái ban đầu và khi bị hƣ hại đƣợc sử dụng để phát hiện vị trí của vết nứt. Những thay đổi trong độ cong dạng dao động đƣợc thể hiện cục bộ trong khu vực bị hƣ hại. Một mô hình dầm côngxon nhƣ trong hình 2.4 được thí nghiệm trong trường hợp này.

Nếu vết nứt hoặc hƣ hại trong kết cấu nó làm giảm độ cứng (EI) của kết cấu ở phần nứt hoặc trong khu vực bị hƣ hại, đồng nghĩa nó làm tăng độ lớn của độ cong tại chính phần đó của kết cấu. Dựa vào những thay đổi về tính chất đó có thể đƣợc sử dụng để phát hiện và xác định vị trí vết nứt hoặc hƣ hại trong kết cấu. Sự thay đổi độ cong tăng lên đồng nghĩa với độ cứng (EI) giảm, và do đó số lƣợng hƣ hại có thể đƣợc lấy từ các độ lớn của sự thay đổi độ cong.

Hình. 2.4. Mô hình dầm côngxon

Hình 2.4 là mô hình Phần tử hữu hạn cho dầm côngxon gồm 20 phần tử có chiều dài bằng nhau. Ba bậc tự do gồm 2 chuyển vị theo phương X, Y và góc xoay đã đƣợc sử dụng tại mỗi nút trong phân tích Phần tử hữu hạn.

Sự thay đổi độ cứng do hƣ hại đƣợc mô hình hóa bằng cách giảm các module đàn hồi của tiết diện. Mức độ hƣ hại sau đó có liên quan đến mức

giảm mô đun đàn hồi E. Phương pháp này là một phương pháp đơn giản khi phân tích dữ liệu nhưng chỉ dựa trên Phần tử hữu hạn thông thường.

Một phần của tài liệu Xác định hư hại trong kết cấu dầm sử dụng số liệu hầm đáp ứng tần số (frf) (Trang 28 - 32)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(108 trang)