Yapı Sağlığı İzleme Verileri İle Hasar Tespitinde Kullanılan Hasar Modellerinin Bulanık Analiz İle Belirsizlik Açısından İncelenmesi

Abstract

Son yıllarda yapı sağlığı izleme verileri kullanılarak yapısal tanılama oldukça önem kazanmıştır. Yapısal tanılama, operasyon ve çevre yükleri altında elde edilen veriler ışığında mevcut yapıları daha iyi temsil eden modeller geliştirme alanıdır. Bu modeller, başlangıç bir sayısal modeli ile deneysel veriler arasındaki farkın minimize edilerek belirsiz model parametrelerinin tahmini ile elde edilmektedir. Problemin çıktılarından model parametrelerinin tahmini mekanikte ters problem olarak bilinmekte ve çözümü optimizasyon algoritmaları ile mümkün olmaktadır. Ayrıca, yapılardan elde edilen ve mevcut durum hakkında bilgi içeren her türlü dinamik ve statik veri belirli şartlar altında yerel hasarın yerinin ve şiddetinin tespiti için de kullanılabilmektedir. Bu noktada taşıyıcı elemanlardaki hasar, farklı hasar modelleri ile temsil edilebilir. Elde edilen sonuçların kesinliği ve doğruluğu hasar modeliyle doğrudan alakalıdır. Bundan dolayı bu çalışmada basit bir yapı sistemi için farklı hasar modellerinin hasar tespitindeki performansı, modellemedeki belirsizlikler göz önüne alınarak araştırılmıştır. Belirsizlik modellemesi ve analizinde bulanık sayılar ve bulanık aritmetik yöntemleri kullanılmıştır. Hasar modellerine ait parametreler ve yapı çıktılarındaki (doğal frekanslar, mod şekilleri v.b.) belirsizlikler bulanık sayılar ile modellenerek nicel belirsizlik miktarları elde edilmiştir. Hasar modellerinden elde edilen belirsizlik miktarları modelin, mevcut yapıdaki durumu belirli bir güvenilirlik seviyesinde yansıtması açısından önemlidir. Bu çalışma karmaşık hasar modellerinin hasar tespitindeki performansı incelendiği sonuçlar, düzgün yerel rijitlik azalması ve ayrık yay modelleri gibi basit modeller ile hasarın yerinin ve şiddetinin yeterli yakınsaklıkla tespit edilebileceğini göstermiştir. Karmaşık ve detaylı matematik modellerin davranışı daha iyi temsil etmesine rağmen bu durum genellikle belirli yükleme şartları veya çevre etkileri için geçerli olmaktadır. Bundan dolayı daha basit stokastik modeller ve deneysel veriler yardımıyla mevcut hasar durumunun tespiti daha makul olmaktadır.

Structural identification and damage detection using structural health monitoring data has gained considerable attention in the last two decades. The models improved using in-situ measurements are very useful to predict the current damage condition of the structures. Many different damage models might be used to model the crack type damage in structural components. However the models which do not come up with additional computational burden are preferable since the structural damage detection is an inverse problem which is a computationally expensive method. In this study, three crack models for beam type elements are compared in terms of the modeling uncertainty amounts. The modeling uncertainties are quantified by the so-called Fuzzy Finite Element Model Updating method. In this method, uncertainties in both updating model parameters and the response quantities are modeled by means of fuzzy numbers. The natural frequencies and the mode shapes obtained from the simulated damaged cantilever beam are used in the updating process. The results shows that the uniform degradation of the flexural rigidity model which is the simplest damage model can effectively be used to model the damage in beam elements. Despite the fact that the fracture mechanic approach and the Christides and Barr models are more accurate but computationally expensive, they do not provide results which do not considerably differ from the results obtained by the use of uniform degradation model. Hence, it can be said that the uniform degradation of the flexural rigidity model might be preferred for modeling the damage in damage detection applications using structural health monitoring data.