بسیاری از سازه های موجود که چند دهه پیش ساخته شده اند ، هنوز استفاده می شوند و بسیاری از آنها خراب شده است . به عنوان مثال، بدین موضوع اشاره کرده اند که حدود 2/1-3/1 از سازه های آمریکا مانند پل ها ، راه آهن و مدارس از نظر ساختاری کمبود دارند و باید تعمیر شوند [1] . بنابراین ، تشخیص اولیه ، نظارت و تحلیل سازه ی تخریب شده برای عملکرد ایمن آن بسیار حیاتی است . در حالی که بسیاری از تکنیک ها و روش ها در ارزیابی غیر مخرب (NDE) سیستم های سازه ارائه شده اند ، روش های شناسایی آسیب موجود به وسیله ی داده های مربوطه می توانند به دو روش شناسایی دینامیک و استاتیک طبقه بندی شوند . هدف ، تنظیم پارامترهای عددی یا مدل های تحلیلی برای مطابقت دادن داده های تحلیلی و اندازه گیری شده است .
آسیب سازه در واقع تغییرات در پارامترهای سازه در نظر گرفته می شود که در عملکرد تاثیر منفی می گذارد . همچنین تخریب به عنوان هرگونه انحراف در هندسه ی اولیه و اصلی سازه ها و یا خواص ماده ای تعریف می شود که ممکن است عامل تنش های نامطلوب و جابجایی ها یا ارتعاشات در سازه باشد. این نقاط ضعف و انحرافات ممکن است به دلیل ترک ، شل شدن پیچ و مهره ها ، جوشکاری های شکسته شده ، زنگ زدگی و فرسودگی و غیره رخ دهند .
در طی چند دهه گذشته ، تکنیک های شناسایی دینامیک در مقایسه با روش استاتیک به طور کامل تری توسعه یافته اند و نوشته های مربوط به آن بسیار گسترده هستند . فرض اولیه ی روش شناسایی تخریب بر مبنای لرزش، این است که تغییرات در خواص فیزیکی باعث تغییرات در واکنش دینامیکی اندازه گیری شده ی سازه یا پارامترهای معین می شود . این تغییرات یک خصیصه برای ارزیابی حالت سازه ایجاد می کنند. بررسی مفصل نوشته ها توسط Doebling و همکاران [2]، Stubbs و همکاران[3]، Mottershead و Friswell [4] ارائه شده است .
مدل مبتنی بر مودال ، تکنیک ها را بر مبنای ویژگی های داده های مودال به روز رسانی می کنند که این داده ها از تحلیل مودال تجربی و آزمایشگاهی برخاسته از داده های FRF اندازه گیری شده به دست آمده اند . روش های مبتنی بر مودال برای ارتباط بین تغییرات در فرکانس های طبیعی شکل مودها و انحنای شکل مودها یا توابع پاسخ به فرکانس با وقوع تخریب سازه تلاش می کنند . بنابراین، این روش ها اساسا به عنوان روش ها ی تحلیلی مودال و سنتی و تجربی توسعه یافته اند [2،3،5] . فرکانس های طبیعی ، خواص جهانی سازه هستند و بنابراین می توانند در چند مکان و یا حتی در یک نقطه اندازه گیری شوند [6] .به علاوه، تعدادی از روش ها بر مبنای شکل مودها برای سازه ی تخریب شده ارایه شده اند ، به عنوان مثال روش های حساسیت (اختلال) [7،8] ، روش های خطای نیروی مودال [3،9،10]، روش های باقیمانده ی مودال [11،12] و تکنیک های استفاده از الگوریتم های ژنتیک و شبکه های عصبی [13،14].
یک دسته از روش بروز رسانی روش ها از واکنش های سازه ها در حوزه ی فرکانس برای تنظیم کردن مدل های سازه استفاده می کند. در این دسته از روش های به روز رسانی مدل ، مدل های FE از دید واکنش کاملا میرا ، در طول محور فرکانس به روز رسانی می شوند . مزیت اصلی روش های FRF این است که مقدار داده های در دسترس آزمون به چند مقدار ویژه و بردار ویژه محدود نشده اند و به روز رسانی FEM می تواند با استفاده از نقاط داده ی بیشتر انجام شود [15،16] .لازم به ذکر است که اگر چه روش های FRF تکنیک های به روز رسانی مدل را با داده های بیشتر فراهم می کنند ، داده های مودال اطلاعات بیشتری را در مورد شرایط سازه با استفاده از نقاط داده ی کمتر در اختیار قرار می دهند .
عمده ترین مشکلات در عدم قطعیت مدل های FE و خطاهای مربوط به آزمونهای مودال است [17] . عدم قطعیت در مدل FE به خاطر پارامترهای فیزیکی نادرست، شرایط مرزی غیر ایده آل و خواص غیر خطی سازه به وجود می آید . با توجه به تست مودال ، اندازه گیری سر و صدا اجتناب ناپذیر است و حداکثر تعداد مکانهای اندازه گیری محدود است .علاوه بر این، تاکنون اندازه گیری برخی از درجات آزادی مثل چرخش و داخلی امکان پذیر نشده است . بنابراین، تعداد معادلات در به روز رسانی مدل معمولا کمتر از پارامترهای مجهول مدل است . از این رو، یک مشکل مشخص و یک خطای کوچک ممکن است باعث یک انحراف بزرگ در نتایج شود [18].
ساده سازی مدل یا گسترش داده ها یک چالش برای غلبه بر اندازه گیری های ناقص است .Lim [19] یک روش سیستماتیک ارائه کرد که شناسایی دقیق محل های آسیب دیده و تخریب شده و میزان تخریب را فراهم کرده و این زمانی است که حالات اندازه گیری شده ی دقیق در هر المان محدود DOF مورد استفاده قرار گرفته اند . همچنین، یک روش برا انجام تشخیص تخریب با حالات اندازه گیری ناقص و نادرست ارائه شده است . صناعی [20] از فرکانس های طبیعی و شکل مودها مربوطه اندازه گیری شده در یک زیر مجموعه ی انتخاب شده از درجه ی آزادی (DOF) برای تخمین پارامتر جرم و سختی استفاده کرد که این امر از طریق یک الگوریتم تراکم صورت می گیرد . روش شناسایی تخریب مبتنی بر حالت توسط Ren و De Roeck [21،22] برای پیش بینی محل و شدت آسیب بر مبنای کار انجام شده توسط Araújo dos Santos و همکاران [23] (1998) ارائه کرد . در این مقاله، نشان داده شده است که ضرب معادلات مقادیر ویژه تخریب شده و حالات تخریب شده یا نشده ، اطلاعات بیشتری را نسبت به روش مبتنی بر انرژی کرنش فراهم می کند که محلی سازی تخریب را تضمین می نماید.
همچنین برای رسیدن به معادله ی حساسیت خطی حساسیت پارامتر مودال ، Chen و Bicanic [7] تغییر هر شکل مود را به صورت یک ترکیب خطی از بردار های ویژه ی سازه ی دست نخورده را بیان کردند . عوامل مداخله کننده در شکل مود، یک تابع از فرکانس های طبیعی اندازه گیری شده ی یک سازه ی تخریب شده ، اختلال ماتریس سفتی و تغییرات خود به خودی شکل مود هستند . تعداد مجهولات برابر با تعداد پارامترهای سازه ، به علاوه ی تعداد فرکانس های طبیعی اندازه گیری شده ضرب در تعداد شکل مودها است که در آن تعداد مجهولات در مساله ی بهینه سازی افزایش می یابد .
یک نقطه ضعف تکنیک های به روزرسانی-FEM ، نیازمند بودن به کاهش درجه آزادی FEM یا گسترش پارامترهای مودال اندازه گیری شده است که ممکن است منجر به کاهش قابلیت توضیح فیزیکی و خطاها شود که به خاطر انتشار سختی ای صورت می گیرند که تغییرات موضعی القا شده از تخریب را در ماتریس سفتی ، با ماتریس سفتی کل آغشته می کنند . با استفاده از داده های به دست آمده ی ناقص ، Pothisiri و Hjelmstad [24] ، روشی را با مرتب کردن مجدد درجه ی آزادی معرفی کردند و بختیاری نژاد و همکاران [25] یک روش تشخیص آسیب را با استفاده از شکل مودها اندازه گیری شده ی ناقص و با فرض اینکه یکی از جابجایی های مودال برابر با یک است ارائه داد و سپس مجموعه ای از معادلات را به دست آورد که مربوط به جابجایی مودال سازه ی آسیب دیده برای تغییر در پارامترهای سازه بودند . علاوه بر این، آنها کار قبلی خود را تعمیم داده و یک الگوریتم تشخیصی را ارائه کردند که بر مبنای معادله ی تخریب Ren و De Roeck [21] بود . نویسندگان معادلات تخریب را با استفاده از داده های شکل مود ناقص به کار بردند [26].
علاوه بر این ، اکثر تکنیک های مودال مبتنی بر به روز رسانی مدل مجبور به استفاده از تعداد معادلات کمتر از تعداد پارامترهای مجهول هستند . بنابراین ، ارائه کردن انواع مختلف معادله ی حساسیت، با استفاده از داده های ورودی مشابه ، استحکام الگوریتم های به روزرسانی مدل را در برابر خطاهای اندازه گیری بهبود خواهد بخشید .
در این مقاله ، بخش اندازه گیری نشده ی جابجایی مودال (بردار ویژه) یک سازه به عنوان یک تابع از بخش اندازه گیری شده ی شکل مود ، فرکانس (مقدار ویژه) ، پارامترهای سازه و ماتریس جرم سازه بیان می شود . یک معادله ی تخریب سطح عنصر با استفاده از شکل مودهای یک سازه ی سالم و شکل مودهای نیمه اندازه گیری شده ی یک سازه ی آسیب دیده مشخص شده است . معیار بهینه سازی برای حل معادلات برای تخمین پارامترهای سازه استفاده شده است . اختلال در اندازه گیری با اضافه کردن یک خطای تصادفی به داده های دقیق به دست آمده از مدل المان محدود سازه ی تخریب شده شبیه سازی شده و مسئله مکان های اندازه گیری مورد بررسی قرار گرفته است .