Xem mẫu

  1. Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Phát triển phương pháp năng lượng biến dạng để chẩn đoán hư hỏng trong kết cấu tấm Lê Thanh Cao1, 2, Huỳnh Văn Phương1, Lê Văn Phước Nhân1, Hồ Đức Duy1* 1 Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 2 Khoa Xây dựng, Trường Đại học Nha Trang Ngày nhận bài 19/3/2019; ngày chuyển phản biện 22/3/2019; ngày nhận phản biện 26/4/2019; ngày chấp nhận đăng 14/5/2019 Tóm tắt: Trong bài báo này, phương pháp năng lượng biến dạng được phát triển cho việc chẩn đoán hư hỏng trong kết cấu dạng tấm. Trước tiên, cơ sở lý thuyết của phương pháp năng lượng biến dạng cho kết cấu dạng tấm được xây dựng. Trong đó, một quy trình chẩn đoán bao gồm hai bước (tổng thể và cục bộ) được kiến nghị nhằm nâng cao độ chính xác cho kết quả chẩn đoán vị trí và độ lớn của hư hỏng. Bài toán kết cấu tấm nhôm, chữ nhật, với điều kiện biên ngàm được khảo sát để kiểm chứng tính khả thi của phương pháp kiến nghị. Mô hình phần tử hữu hạn của tấm được phân tích bằng phần mềm ANSYS để thu được tần số và dạng dao động tương ứng với trạng thái trước và sau khi xuất hiện vết nứt. Đại lượng chỉ số hư hỏng được kiến nghị để xác định vị trí của vết nứt trong tấm. Kết quả phân tích cho thấy, phương pháp năng lượng biến dạng tổng thể xác định được sơ bộ vị trí vùng xuất hiện hư hỏng và phương pháp năng lượng biến dạng cục bộ xác định chính xác chiều dài và hình dạng của vết nứt. Từ khóa: chẩn đoán hư hỏng, dao động, kết cấu tấm, năng lượng biến dạng, theo dõi và chẩn đoán kết cấu. Chỉ số phân loại: 2.1 Giới thiệu nghiên cứu đã áp dụng phương pháp vi phân cầu phương (Diffrential quadrature method: DQM) để xác định giá trị năng lượng biến dạng. Trong hai thập kỷ gần đây, lĩnh vực theo dõi và chẩn đoán kết cấu Kết quả nghiên cứu đã chẩn đoán chính xác vị trí hư hỏng trong tấm (Structural health monitoring: SHM) đóng một vai trò rất quan trọng nhôm [5]. Lê và Hồ (2015) đã phát triển phương pháp năng lượng biến đối với sự an toàn, tuổi thọ và sự hoạt động bền vững của kết cấu công dạng cho bài toán tấm mỏng với các điều kiện biên khác nhau. Trong trình xây dựng. Trong đó, việc phát triển các phương pháp chẩn đoán nghiên cứu này, phương pháp sai phân trung tâm (Central differential hư hỏng kết cấu, đặc biệt là các phương pháp sử dụng các đáp ứng method: CDM) đã được sử dụng để tính đạo hàm bậc hai của dạng dao dao động từ kết cấu, nhận được quan tâm của rất nhiều nhà nghiên động [6]. Fu và cộng sự (2016) đã thiết lập một quy trình hai bước sử cứu. Phương pháp năng lượng biến dạng (Modal strain energy: MSE) dụng phương pháp năng lượng biến dạng để chẩn đoán cho kết cấu là một trong những phương pháp có tính hiệu quả cao cho việc chẩn tấm sử dụng vật liệu đồng nhất đẳng hướng: bước một xác định vị trí đoán hư hỏng trong kết cấu [1]. vùng hư hỏng; bước 2 xác định hình dạng và độ lớn của hư hỏng [7]. Stubbs và cộng sự (1995) lần đầu tiên đã áp dụng phương pháp Đối với các nghiên cứu đã thực hiện, phương pháp năng lượng năng lượng biến dạng để chẩn đoán hư hỏng dựa trên sự thay đổi năng biến dạng được áp dụng tổng thể trên toàn kết cấu. Vì vậy, để đảm lượng biến dạng dao động của kết cấu [2]. Tiếp theo sau đó, Cornwell bảo độ chính xác của kết quả chẩn đoán hư hỏng, việc sử dụng lưới và cộng sự (1999) đã nghiên cứu mở rộng phương pháp năng lượng phân tích với độ phân giải cao trên toàn kết cấu tấm là điều tất yếu; tuy biến dạng cho kết cấu dạng tấm. Trong cách tiếp cận của Cornwell, nhiên, điều này sẽ không kinh tế và phức tạp khi triển khai ứng dụng giá trị năng lượng biến dạng phân đoạn của kết cấu tấm trước và sau thực tiễn. Trong nghiên cứu này, phương pháp năng lượng biến dạng khi xuất hiện hư hỏng được sử dụng để xác định chỉ số hư hỏng. Từ được cải tiến và áp dụng cho vùng hư hỏng cục bộ sau khi vùng hư chỉ số này, vị trí hư hỏng được xác định thành công khi độ cứng giảm hỏng sơ bộ đã được xác định. Việc này sẽ làm giảm bớt dữ liệu phân 10%, đồng thời sử dụng tương đối ít các dạng dao động [3]. Kim và tích nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác của kết quả chẩn đoán. cộng sự (2003) đã áp dụng phương pháp năng lượng biến dạng cho kết cấu dầm đơn giản và đã chẩn đoán chính xác vị trí hư hỏng ở giữa Phương pháp năng lượng biến dạng nhịp và ở một phần tư nhịp chỉ với hai dạng dao động. Mức độ hư Phương pháp năng lượng biến dạng tổng thể hỏng của vết nứt trong dầm cũng được xác định chính xác [4]. Hu và Wu (2008) đã kiểm chứng phương pháp năng lượng biến dạng Đối với kết cấu tấm, dạng dao động được đặc trưng bởi mặt cong sử dụng kết quả thực nghiệm để chẩn đoán vết nứt bề mặt trong tấm hai chiều. Xét một tấm mỏng dao động tự do không cản, được chia nhôm mỏng, đẳng hướng, với điều kiện biên tự do. Trong đó, nhóm thành các vùng con như hình 1. * Tác giả liên hệ: Email: hoducduy@hcmut.edu.vn 62(1) 1.2020 42
  2. Yi+1Yj+1 Yi Yj Y1=0 X X1=0 Xi Xi+1 Xi+1=Lx Y1=0 X Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Hình 1. Sơ đồ kết cấu tấm X1=0tổng thể. Xi Xi+1 Xi+1=Lx Xét một dạng dao động thứ , , năng lượng biến dạng dao động của Hình 1. Sơ đồ kết cấu tấm tổng thể. vùng con được xác định như sau [3, 6]: Xét một dạng dao động thứ , , năng lượng biến dạng dao động của (1) (1) An improvement vùng con ( ) ( ) được xác định như sau [3, 6]: ∫ ∫ ( )( ) ( ) of modal strain energy method trongtrong đó:∫đó:Dij∫làlàđộ độ( cứng ) chống cứng ( uốn) của chống uốnvùng (củacon)vùng ( ;)con là hệ(i,sốj);Poát(v là xông. (1) )hệ số Poát xông. Năng lượng biến dạng tổng cộng của toàn bộ tấm: for damage detection in plates trong đó: là độ cứng chống uốn của vùng con Năng lượng∑ biến∑biến ; là hệ số Poát xông. (2) Năng lượng dạngdạng tổngcủa tổng cộng cộng toàncủa toàn bộ tấm: bộ tấm: Thanh Cao Le1, 2, Van Phuong Huynh1, Năng ∑ lượng ∑ biến dạng phân đoạn của vùng con thứ được xác định như sau:(2) (2) Van Phuoc Nhan Le1, Duc Duy Ho1* 1 Faculty of Civil Engineering, Năng lượng Năng lượngbiếnbiến dạngdạng phân phân đoạn của vùngcủa đoạn convùng thứ conđược thứxác (i, định như sau: j) được xác 3 University of Technology, Vietnam National University, Ho Chi Minh City định như sau: 2 Faculty of Civil Engineering, Nha Trang University 3 (3) Received 19 March 2019; accepted 14 May 2019 (3) Abstract: với với ∑ ∑ với ∑ với ∑ ∑ =1. =1. =1. với ∑ ∑ =1. This paper presents an improved modal strain energy Xét Xét dạng dao daođộng, dạng động, daotrongtrongtính động, tínhtoán, toán, chỉ sốsốhư hư hỏng hưtrong vùng conconvùngđưc (MSE) method for damage detection in plate-like định nghĩa Xét Xét m là: Xét dạng dạng dạng dao động, trong trong tínhtrong tính toán,chỉ toán, tính chỉchỉ toán, sốsốhưhưhỏng hỏngchỉhỏng số trong trong trong hỏng vùng vùng vùng con trong được định con định nghĩa (i, j) nghĩa là: định được là: nghĩa là: structures. Firstly, the theory of MSE method established định nghĩa là:∑ ∑ ∑ for plate-like structures is briefly outlined, in which a ∑∑ (4) two-step MSE-based procedure (global step and local ∑ ∑ ∑ (4) trong đó: trong kýđó: hiệu ký hiệu**đại *hiệuđại diện * đại cho diện trạng cho thái trạng kết cấu thái có kết hư cấu hỏng. có hư hỏng. step) is proposed to enhance the accuracy of detecting the trong đó: trongđó: trong đó:ký kýhiệuhiệu *đạiđại diện diện cho trạng thái kết kết cấu cấucó cóhư hưhỏng. hỏng. damage’s location and severity. A rectangular aluminum Chỉ ký Chỉ số sốChỉ hưsố hư hỏng hỏng hư diện saukhi hỏng sau cho chuẩn khisau trạng thái chuẩn khi hóakết chuẩn hóa được cấu có đượchóa xácxác hưđịnh được định hỏng. xác nhưnhư định sau:sau:như sau: Chỉ Chỉ sốsố hư hư hỏng hỏng ̅ saukhi sau khichuẩn chuẩnhóa hóađược đượcxác xácđịnhđịnhnhư như sau:sau: plate constrained by fixed boundary conditions is ̅ ̅ ̅ investigated in order to verify the feasibility of the (5) (5) proposed method. The plate’s finite element models trong đó: ̅ lần lượt là giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các chỉ số trongtrong ̅ đó: ̅ đó: lần lượt ̅ lầnlà lượt giá trịlàtrunggiá trịbình trungvà độ bình lệch vàchuẩn độ lệch củachuẩn các chỉcủa số hưcáchưchh hỏn are analysed to obtain natural frequencies and forms trong đó: trongGiáđó:trịβij , σijlần lần lượt đượcsử lượt làlàgiá sửdụng giá dụng trịtrịtrung trung bình bình vàvàđộđộ lệch lệch chuẩnchuẩn củacủa cáccácchỉ số hư hỏng. of vibration before and after the occurrence of crack. chỉ số Giá trịGiá trịđược được sửđểđể dụngchẩn chẩn để đoán đoán chẩn vịvịtrí tríxuất đoán xuấtvịhiệnhiện trí hưhư xuất hỏng hiện hỏng trong hư trong kếtkết hỏng cấtấ tron cấu Giáhưtrịhỏng.được sử dụng để chẩn đoán vị trí xuất hiện hư hỏng trong kết cấu tấm. A damage index is presented to identify the location of Trong TrongTrong Trong công công công công thức tính thức thức tính tính thứcnăng năng năng lượng tínhlượng lượng năngbiến biến biếndạng, lượng dạng, dạng, biếnxuất xuất xuất dạng, hiện hiệnhiện giá giágiátrị xuất trị đạo trị hiệnđạo hàm đạo giá hàm bậc hàm trịbậc hai đạobậc của hai haihàm dạng củacủa bậ dạ crack in the plate-like structures. The analytical results dao Giá trị Z được sử dụng để chẩn đoán vị trí xuất hiện hư hỏng dao động theo hai biến. Phương pháp sai phân trung tâm (CDM) được sử dụng để sđ động dao theo động ij hai theo biến. hai Phương biến. pháp Phương sai pháp phân sai trung phân tâm trung (CDM) tâm được (CDM) sử dụng được show that the global MSE step identifies the damage định dao động trongcác theo kếtgiácấutrịhai tấm. này biến. Trong [6].Phươngcôngpháp thứcsai tínhphân năng trunglượngtâmbiến (CDM) dạng,được sử dụng để xác xuất định định các giácáctrị giánày trị[6]. này [6]. zone in the plates; the local MSE step accurately detects định hiệncácgiágiá Phương trị trị đạonày hàm pháp [6].năng bậc hai của dạng dao động theo hai biến. Phương lượngbiến biếndạng dạng cục bộ pháp Phương sai Phương phân pháp trung pháp năng tâm năng lượng (CDM) lượng được sửcụcbiến dụng cục dạng đểbộxáccục địnhbộ các giá trị the crack length and form in the damage zone. Phương Sau khi pháp triển năng khai lượng phương biến dạng pháp năng bộ lượng tổng Sau khi này [6]. Sautriển khikhai triểnphươngkhai phương pháp năng pháp lượngnăngtổng lượng thểthểtrêntrên tổng toàn thể toàn bộ trên bộ kết cấucấu kếttoàn tấmtấk bộ Keywords: damage detection, modal strain energy, plate, lưới lưới Sauđộkhiphân có triểngiải khaithấp, phương vùngpháphưnăng hỏng lượngsơ tổngđược bộ thể trên xác toàn định. bộTiếp kết cấu tấmphương theo, với lưới có độcó Phương phân độ pháp phân giải năng giải thấp, thấp,biến vùng lượng hưvùnghỏnghư sơhỏng bộbộđược sơ bộ xácđượcđịnh. xác Tiếpđịnh. theo, Tiếp phương theoph structural health monitoring, vibration. lưới có năng độ phân lượng biến giảidạng thấp,được vùng hư dụng áp hỏngdạng bộcục sơriêng được cho xác vùng định. hư Tiếp hỏng theo, cục phương bộ này pháp (hình năngnănglượnglượng biến dạng biến được dạngápđược dụngápriêng dụngchoriêng vùngcho hư vùng hỏng cục hư hỏng bộ nàycục (hìnhbộ 2)nà năng Sau lưới lượng độkhi biến triểndạng khaicaođược đểáp phương dụng pháp riêng năng cho lượngvùng hư tổng hỏng vịtríthể cụctoàn trên bộ nàybộ (hình 2) với Classification number: 2.1 lưới có lưới có độ cóphân phân độ giải giải phân caogiảiđể caoxác xác để định định xácchichi định tiếthơn tiết hơn chi tiết vị trívàvà hơn độvịđộ trílớn lớn củacủa và độ hư hưlớn hỏng. hỏng.của hư h lưới kết có cấuđộtấmphân vớigiải lướicaocóđểđộxácphân địnhgiải chi thấp, tiết hơn vùngvị tríhưvàhỏng độ lớn sơcủa hư hỏng. bộ được xác định. Tiếp theo, phương pháp năng lượng biến dạng được áp dụng riêng cho vùng hư hỏng cục bộ này (hình 2) với lưới có độ phân giải Y (i,j) (Nx,Ny) cao để xác định chi tiết hơn vị trí và độ lớn của hư hỏng. Ly y (Ny+1,1) (Ny+1,Nx+1) Y j+1 Vïng h­ háng côc bé, Yj sè ®iÓm l­íi: (Nx+1) theo ph­¬ng x vµ (Ny+1) theo ph­¬ng y X §iÓm l­íi (i,j) 0 Xi Xi+1 Lx (i,1) Hình 2. Sơ HìnhHình 2. Sơ2.đồ đồSơvùng vùngđồ hưhưhỏng vùng hỏng cục hưcục hỏng bộ.cục bộ. bộ. x Hình 1. Sơ đồ kết cấu tấm tổng thể. HìnhĐạo 2. Sơhàm đồ vùng hư hỏng cục bộ. Đạo hàm (1,1) bậc Đạo bậc hai hàmhaibậc của củahai (1,j) dạng dạng dao củadaodạng động động dao cũng cũngđộng được đượccũng (1,N xác được xácx+1) địnhđịnhtheotheo xác địnhphương phương theophápph ph Xét một dạng dao động thứ k, ϕk (x, y), năng lượng biến dạng dao Đạo hàm bậc hai của dạng dao động cũng được xác định theo phương pháp sai phân phân trungtrung phân trung tâm (CDM), tâm (CDM), tâm (CDM), cụthể cụ thểnhư như cụ thểsau: sau:như sau: động của vùng con (i, j) được xác định như sau [3, 6]: Hình phân 2. Sơ trung tâmđồ(CDM), vùng hưcụ hỏng thể nhưcục sau:bộ. Đối với Đối với các Đốicác nút vớinútcác nút theo phương x,x,với theo phương theo phương vớii =ix,=2,với =N2,N; y3, 2,3,3,..., i ..., j;=j..., = 2, 2, N 3, 3, ; j..., ..., =x2, N Nx 3, ..., N Đối với các nút theo phương x, với i = 2, 3, ..., Ny; j =y2, 3, ..., Nxy (6) 62(1) 1.2020 43 Đối Đối với với các Đốicác nút theo vớinútcác nút phương y, với i = 2, y, với i =y,2,với theo phương theo phương 3, ..., N i =N2,; 3, 3, ..., y ; j = j =..., 2, 2, 3, 3, N ..., ;jN..., N =x2, 3, ..., N x Đối với các nút theo phương y, với i = 2, 3, ..., Ny; j =y2, 3, ..., Nxy (7) 4
  3. Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Hình 2. Sơ đồđồ vùng vùnghư hưhỏng hỏngcụccụcbộ. bộ. Đạo hàm Đạo hàm bậcbậchai bậc haicủa hai của củadạng dạng dạngdao động daodao độngcũng độngcũng được được cũng xácxácđịnh được định xác theotheo định phươngphương theo pháp saiPhương pháp sai pháp năng lượng biến dạng được triển khai thành hai phương phân trungpháp tâm sai phân (CDM), trung cụ thể tâm như tâm (CDM), cụ thể như sau: (CDM), sau: cụ thể như sau: bước. Bước 1, triển khai phương pháp năng lượng biến dạng tổng thể trên toàn tấm với lưới phần tử kích thước 10 mm để xác định sơ bộ Đối với Đối với các nút Nij theo cácnút theo phươngx,x,với theophương vớii =ii ==2,2, với 3,3,3, 2, NyN;Njyy;=; jj2,== 2, ...,..., ..., 3,2,..., N...,x NNxx 3,3,..., vùng hư hỏng. Bước 2, triển khai phương pháp năng lượng biến dạng (6) cục bộ trên vùng hư hỏng sơ bộ đã xác định ở bước 1 với lưới phần tử (6) 1 mm10(6) thước đểmmxác để định chisơtiết xác định bộ vị tríhưvàhỏng. vùng hìnhBước dạng2,của triểnvết khainứt. phương pháp năng thước 10 mm để xác định sơ bộ vùng hư hỏng. Bước 2, triển kh lượngKếtbiếnquả dạngphân cục bộ tích dao trên vùng động hư hỏng sơ bộ đã xác định ở bước 1 với lưới phần tử Đối với Đối với các nút Nij theo cácnút theo phươngy,y,với theophương vớii =ii =2, với 3,3,3, = 2, 2, NyN;Njyy;=; jj2,== 2, ...,..., ..., 3,2,..., N...,x NNxx 3,3,..., lượng biến dạng cục bộ trên vùng hư hỏng sơ bộ đã xác định ở bư 1 mm để xác định chi tiết vị trí và hình dạng của vết nứt. Phần mềm1ANSYS mm để được sử dụng xác định chi để tiếtmô vị phỏng và phân trí và hình tíchcủa dạng daovết nứt. (7) (7)Kết(7) động quảkết cho phâncấutíchtấm dao động Kếtkhảo quảsát.phânHìnhtích 4 thể daohiện độngbốn dạng dao động 44 uốn Phần đầu mềmtiên ANSYS cho trạng đượcthái Phần sử dụng trướcđểANSYS mềm mô hỏng. hư phỏng vàKếtphân được quả tích daosốđộng sử tần dụng dao cho để mô kết động phỏng và phân tí cấu đượctấmtổng khảo sát. hợpHình 4 thểbảng trong hiện bốn 1. dạngcó Khi daohư động uốn đầu hỏng, tần tiên số cho daotrạng độngtháigiảm; trước Tại các nút biên của vùng hư hỏng cục bộ, đạo hàm bậc hai của cấu tấm khảo sát. Hình 4 thể hiện bốn dạng dao động uốn đầu tiên hư tuyhỏng. nhiên,Kết độ quả giảm tần số dao nàyđộng được tương tổng đối hợp trong bảng 1. Khi có hư hỏng, tần số nhỏ. dạng dao động được xác định từ dữ liệu chuyển vị tại các điểm cận hư hỏng. Kết quả tần số dao động được tổng hợp trong bảng 1. K dao động giảm; tuy nhiên, độ giảm này tương đối nhỏ. biên thật của vùng hư hỏng cục bộ. Điều này khác với phương pháp dao động giảm; tuy nhiên, độ giảm này tương đối nhỏ. năng lượng biến dạng tổng thể, phải sử dụng dữ liệu chuyển vị tại các bộ. Điều điểm cậnnày biênkhác với phương pháp năng lượng biến dạng tổng thể, phải sử dụng dữ ảo [6]. Biên độ Biên độ liệu chuyển vị tại các điểm cận biên ảo [6]. Biên độ Biên độ Để Để đánh đánh giá giámức mứcđộđộchính chínhxác xáccủacủa phương pháp, phương mộtmột pháp, chỉ chỉ số vềsố về khả năng chẩn khả năng chẩn đoán (KNCĐ) được kiến nghị như sau: đoán (KNCĐ) được kiến nghị như sau: (8) (8) (a) Mode 1 (b) Mode 2 bộ. Điều này khác với phương pháp năng lượng biến dạng tổng thể, phải sử dụng trong đó: Lpred là chiều dài hư hỏng chẩn đoán từ biểu đồ chỉ số hư hỏng; Lreal là chiềudữ (a) Mode 1 (b) M liệu chuyển dài hư vị tại Lcác trong đó: hỏng là chiều pred điểm thực tế. cận dài hư Dựabiên hỏng chẩn đoán từ biểu đồ chỉ số hư vàoảochỉ [6]. số KNCĐ, kết quả được đánh giá như sau: Để đánhLgiá hỏng; là mứcchiềuđộ dài hư chính hỏng xác của thực tế. Dựa phương pháp,vào mộtchỉ chỉsốsốKNCĐ, về khả kết năng chẩn Biên độ Biên độ real  Nếu 0 ≤ KNCĐ < 50%: KNCĐ ở mức kém (K). quả được đoán (KNCĐ) đánh được kiến giánghị nhưnhư sau:sau: Biên độ Biên độ • NếuNếu0 50% ≤ KNCĐ ≤ KNCĐ< 50%:≤ KNCĐ 80%: KNCĐở mức ởkém mức trung bình (TB). (K). (8) • NếuNếu50%80% < KNCĐ ≤ 100%: KNCĐ ≤ KNCĐ ≤ 80%: KNCĐ ở mức trung bình hư hỏng ở mức (TB).tốt (T). trong đó: L•CầnNếu pred làlưu chiều 80%
  4. Biên độ Biên độ (c) Mode 3 (d) Mode 4 Hình 4. Bốn dạng dao động đầu Khoa tiên. học Kỹ thuật và Công nghệ (a) Mode 1 (b) Mode 1, 2 (c) Mode 1, 2, 3 Hình 5. Biểu đồ(a)chỉMode 1 hỏng, ngưỡng (b) Mode 30%1, 2 (c) Mode 1,Bảng 2, 3 1. (c)Tần Mode số 3 dao động. (d) Mode 4 số hư , lưới 10 mm. Hình 4. Bốn dạng dao động đầu tiên. Hình 5.Cục đồ chỉ số hư hỏng, ngưỡng 30% , lưới 10 mm. Biểubộ: Mode Tần số trước hư hỏng (Hz) Tần số sau hư hỏng (Hz) Độ chênh lệch (%) Bước 2 - Bước 2 - Cục bộ: Bảng1,2. (a) Mode 1 1 (b)222,82 Mode 2 KNCĐ (%) (c) hưModehỏng1, cục 3 bộ cho vết nứt biên. 2, 220,12 1,21 Sau khiBước triển2 khai - Cục phương bộ: pháp năng lượng Hình biến 5.dạng Bảng tổng 1. Tần thể, vùng 2 sốhưdao động. hỏng sơ 342,43 Ngưỡng Mode101 mm.Mode 2 Mode 3 342,34 Mode 4 Mode 1, 2 Mode 1, 2,0,03 3 Sau khi triển khai phương pháp năng lượngBiểu đồ chỉ biến Mode dạngsố hư hỏng, tổng Tần thể,ngưỡng số trước 30% hư hỏng , lưới (Hz) Tần số sau hư hỏng (Hz) Độ chênh lệch (%) bộ của vếtvùngSau khi nứt biên triển hư hỏng khai và vết phương sơ bộnứtcủagiữapháp năng đượcbiên vết nứt lượng biến xácvàđịnh dạng là Bước vết nứt tổng hình giữa thể, 2 - Cục được vùng chữbộ:nhật xác hư vớihỏng 3 là định sơ kích 547,01 thước 10% 98 (T) 98 (T) 98 (T) 542,90 Nhiễu 98 (T) 98 (T) 0,75 khi1triển khai 222,82 lượng biến dạng tổng220,12 1,21 60×20 mmbộ hình của vết (hìnhchữnứtnhật 6). biênvới Trên vàhaivết kíchnứtthước vùng giữa hư được 60×20 hỏng xác sơmm định làSau bộbộ(hình này, hình 6). chữ phương Trên vớiphương nhậtpháp hai kích 4 hư vùng năng pháp năng thước lượng547,13 biến 20% 93 (T) thể, vùng hư hỏng 97 (T) sơ 93 (T) 546,61 Nhiễu 93 (T) 93 (T) 0,10 của vết nứt2 biên và342,43vết nứt giữa được xác định là hình chữ342,34 nhật với kích thước 0,03 hỏng dạng cục60×20 bộ được sơ bộ mm (hình này, triển6). phương Trênvới khai pháp hailưvùng năng ới 1hưmm lượng hỏngđểsơkhảo biến bộ60×20 này, dạng sátphương cục phápbộ được năng triển lượng biếnhư hỏng 3hiệu 6).quả của tính(hình phương 30% pháp 85 (T) 95 (T) 85 (T) Nhiễu 85 (T) 83 (T) mm Trên hai 547,01 vùng sơ bộ này, phương 542,90 pháp năng lượng biến 0,75 khai với lưới 1 mm để khảo sát tính hiệudạng quảcụccủabộphương pháp trongKết được triển khai với lưới 1 mm quả chẩn đoán 40%để khảo sát tính hư hỏng 70 (TB)hiệu quả 93 (T)của phương 78 (TB) phápNhiễu 70 (TB) 70 (TB) dạng trong việc xáccụcđịnh việc bộ được xác định triển vị trí tríkhai vị và và với chiều lưới chiều 1của dàidàimm đểhưkhảo củahư hỏng.sátKết hỏng. tính Kếthiệu4 quả quả quả phân phâncủa547,13 phương tích tích phápthể1hiện đưBước đượcợc - Tổng thể: 546,61 0,10 trong việc xác định vị trí và chiều dài của 50%hư hỏng. Kết quả phân 90 (T) tích được 95 (T) 85 (T)thể hiệnNhiễu 95 (T) 95 (T) trên hìnhtrong 7,thểhình việc 8trên hiệnxácvàđịnh tổngvị hợp hình trí7, và trong hìnhchiều bảng dài 8 và của2,hư tổng bảng hợphỏng. 3.Kết trong trên Kết bảng hình 7,quả quả cho phân 2, bảng hình và thấy 8 tích 3.được tổng rằng, Kếtthểquả hợp chỉbảng hiện Hình trong số vềbảng 5 thể 2, hiện biểu 3. Kết quả đồ chỉ rằng, cho thấy số hư số về Zij, tương ứng với ngưỡng hư hỏng 30% chỉ hỏng cho thấy rằng, chỉ số về KNCĐ phụ thuộc vào KNCĐ ngưỡng phụ đ Kết thuộchư vào quả hỏng ngưỡngchẩn hưếthỏngđoán hư Bảng và hỏng 3. KNCĐ dạng daocứu(%) động hưMode khảo hỏng sát. Kết cục quả bộ cho chẩn vếtđược nứt giữa. KNCĐ phụ thuộc vào ngưỡng hư hỏng và dạng dao ộng khảo trên hình 7, hình 8 và tổng hợp trong bảng 2, bảng 3. Kết quả cho thấy rằng, chỉ số về (a) Mode 1 sát. K .quả (b) chẩn Trong Mode nghiên 1, 2 này, (c) các dạng 1, 2, 3 dao động khảo sát như sau: chỉ sử dụng và dạng dao động khảo sát. Kết quả chẩn đoán đoán về chiều dàiBước về chiều nứt,1vết vếtdài - Tổng cho nứt, thể: đồng thời Hình 5. Biểu đồ chỉ số hư hỏng,cả vết nứt ở biênMode một ngưỡng Ngưỡngdạng dao và vết 1 nứt 30% động, ở 2giữa Mode Mode và10sửtấm,3 đạt Mode độ 4 dụng kết hợp các dạng dao động. Kết quả chẩn đoán tổng Mode 1, 4 Mode 1, 2, 4 Mode 1, 2, 3 , lưới mm. đoán về KNCĐ chiều cho dài phụ vết đồng nứt, thuộc thời cảcho vào đồng ngưỡng vết nứt hư thời cả vết hỏng và ở biên vếtvànứt nứt ởởgiữa dạng biên dao và nhất xácđộng tấm, vết khảo nứt sát.sử Hình đạt độ giữa ởKết chính tấm, chẩn đạt quảngưỡng 5dụng thể hiện biểu độđồbằng chỉ10% số(T)hưvịvà hỏngdạng Z ,(TB) tươngthứ ứng với ngưỡng hư hỏng 30% thểxác chính cao khi hư hỏng dao động Bước 2 - Cục bộ: cho thấy10% vùng của93 hai 87trí (T) vết58 ijnứt được 95 (T) chẩn 95 (T) đoán94 (T) chính xác90 (T) khi sử dụng ngưỡng cao caovềnhất chính xácđoán khi sử dụng dụng ngưỡng ngưỡng hư hư hỏng hỏng bằng bằng 10% nhất (mode 10% 1). Tóm triển .vàlại,dạng và khai dạng Trong chiều dài vết nứt, cho đồng thời cả vết nứt ở biên và vết nứt ở giữa tấm, Sau khi phươngdao phương nghiên hư đạt pháp hỏngđộng pháp năng năng thứ cứu lượng này, lượng biến biến các độ và20%dạng dao 73động dạng dạng cụcthể, dạng tổng bộ dao (TB) thích có động khả vùng hư 62 (TB) hợp. năng xác được hỏng 43 (K) khảo sát như 77sơ(TB) 73 (TB) 73 (TB) sau: chỉ 73 (TB) sử dụng định chính xác chiều dài của vết nứt khi sử dụng ngưỡng hư hỏng và dạng dao động nhất (mode động thứ nhất 1). Tóm l ại, (mode phương 1). pháp Tóm lại, năngphương bộpháp lượngthích biến năng của vết nứt một dạng lượng biên cụcdạngvàbiến vết dao bộdao có dạng nứt giữa được động, khả năngvà xác xácsử định là hình dụng kết chữhợp nhật các vớidạng kích thước dao động. Kết 98quả chẩn95 (T) đoán tổng chính cụcxác bộcao cónhất khảkhi sử dụng năng xác ngưỡng hư hỏng định chính xácbằng 60×20 10% chiều hợp. mm củavàcho dài(hình dạng 6). vết Trên nứt động hai khi sửthứ vùng 30% 95 (T) 95 (T) 48 (K) hư hỏng sơ bộ này, phương pháp năng lượng biến 95 (T) 95 (T) (T) thể thấy vùng của hai vị trí vết nứt được chẩn đoán6 chính xác khi sử dụng ngưỡng định chínhdụng chiều dàihưcủa xác ngưỡng vếtvànứt khidao sử động dụngdạngngưỡng bộ hư đượchỏng và dạ 40%để khảo sát tính 90 (T)hiệu quả 80 (T)của phương 43 (K) pháp 95 (T) 90 (T) 90 (T) 88 (T) nhất (mode 1). Tóm lại,hỏng phương pháp năng dạng biếncục lượngtrong thích dạng hợp. cục hư bộtriển hỏng có khai khả với lưới 1 mm năng và dạng xác dao động việc xác định vị trí và chiều dài của thích hợp. phân tích được thể hiện thích hợp. 50%hư hỏng. Kết85quả (T) 75 (TB) 38 (K) 90 (T) 90 (T) 85 (T) 85 (T) định chính xác chiều dài của vết nứt khi sử dụngtrên ngưỡng hình hư hỏng8 và 7, hình dạnghợp và tổng daotrong độngbảng 2, bảng 3. Kết quả cho thấy rằng, chỉ số về Liên KNCĐkết ngàm phụ thuộc vào ngưỡng hư hỏng Kết luận và dạng dao động khảo sát.6 Kết quả chẩn thích hợp. đoán về chiều dài vết nứt, cho đồng thời cả vết nứt ở biên và vết nứt ở giữa tấm, đạt độ 10 Trong bài báo này, chính xác cao nhất khi sử dụng ngưỡng hư hỏng bằng 10% phương pháp năng lượng biến dạng đã được và dạng dao động thứ cải tiến thành công trong việc chẩn đoán hư hỏng tổng thể và cục bộ nhất (mode 1). Tóm lại, phương pháp năng lượng biến dạng cục bộ có khả năng xác cho kết cấu dạng tấm. Từ các dạngkết daoquả độngphân tích, các kết luận được rút 110 Vết nứt Vùng hư định chính xác chiều dài của vết nứt khi sử dụng ngưỡng hư hỏng và bề mặt hỏng sơhợp. thích bộ ra như sau: 40x1x1mm kích thước (1) Phương pháp kiến nghị có khả năng chẩn đoán chính xác vết 240 Hình 6. Vùng hư hỏng sơ bộ được xác định từ bước tổng thể với lưới 10 mm. 60x20 nứt trong kết cấu tấm. Bước chẩn đoán tổng thể cho biết được vị trí của vùng hư hỏng. Bước chẩn đoán cục bộ cho biết chính xác chiều 120 dài của vết nứt trong kết cấu tấm. (2) Đối với bước chẩn đoán cục bộ, điều kiện biên của tấm và các dữ liệu dao động tại các điểm nút không nằm trong vùng hư hỏng sơ bộ 160 40 160 (a) Mode 1 (b) Mode 1, 2 đã xác định lưới ở bước (c) Mode 1, 2, 3 chẩn đoán tổng thể thì không cần xem xét. Như vậy, Hình 7. Biểu đồ chỉ số hư hỏng, ngưỡng 30% 1 mm, vết nứt biên. 360 , khối lượng dữ liệu sẽ giảm đáng kể và thời gian phân tích được rút ngắn. Hình 6. Vùng hư h ỏng sơ bộ được xác đ ịnh từ bước tổng thể với lưới 10 mm. 7 từ Việc Hình 6. Vùng hư hỏng sơ bộ được xác định(3) sử dụng dạng lướidao động thứ nhất (mode 1) với ngưỡng hư Hình 6. Vùng hư hỏng sơ bộ được xác định từ bước tổng thể với bước tổng thể với 10 mm. lưới6. 10 mm. hỏng bằng 10% chỉ số hư hỏng lớn nhất là đủ tốt để chẩn đoán chính Hình Vùng hư hỏng sơ bộ được xác định từ bước tổng thể với lưới 10 mm. xác vị trí và chiều dài vết nứt trong kết cấu tấm, cho cả vết nứt ở biên và vết nứt ở giữa tấm. LỜI CẢM ƠN (a) Mode 1 (b) Mode 1, 2 Nghiên cứu được(c)tài Mode 1, 2, 3 trợ bởi Đạihọc Quốc gia TP Hồ Chí Minh Hình 7. Biểu đồ chỉ số hư hỏng, ngưỡng 30% , lưới 1 mm, vết nứt biên. trong khuôn khổ đề tài mã số C2018-20-26. Các tác giả xin trân trọng (a) Mode 1 (b) Mode 1, 2 (c) Mode 1, 2, 3 cảm7 ơn. Hình 7. Biểu đồ chỉ số hư hỏng, ngưỡng 30% , lưới 1 mm, vết nứt biên. (a) Mode 1 (b) Mode 1, 2 (c) Mode 1, 2, 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO (a) Mode 1 7 (b) Mode 1, 2 (c) Mode 1,and [1] W. Fan, 2, P.3Qiao (2011), “Vibration-based damage identification methods: A Hình 7. Biểu đồ chỉ số hư hỏng, ngưỡng 30% , lưới 1 mm, vết nứt biên. review and comparative study”, Structural Health Monitoring, 10, pp.83-111. Hình 5. Biểu Hình 7. đồBiểuchỉđồ số chỉhư hỏng, số hư hỏng, ngưỡng ngưỡng 30%30% ,, lưới lưới 110 mm,mm. vết nứt biên. [2] N. Stubbs, J.T. Kim, and C.R. Farrar (1995), Field verification of a Bước 2 - Cục bộ: nondestructive damage localization and sensitivity estimator algorithm, Proceedings 7 of the 13th International Modal Analysis Conference, pp.210-218. Sau khi triển khai phương pháp năng lượng biến dạng tổng thể, vùng hư hỏng sơ [3] P.J. Cornwell, S.W. Dobeling, and C.R. Farrar (1999), “Application of the bộ của vết nứt biên và vết nứt giữa được xác định là hình chữ nhật với damage strain energy kích thước detection method to plate-like structures”, Journal of Sound and Vibration, 224, pp.359-374. 60×20 mm (hình 6). Trên hai vùng hư hỏng sơ bộ này, phương pháp [4] năng lượng biến J.T. Kim, Y.S. Ryu, H.M. Cho, and N. Stubbs (2003), “Damage identification dạng cục bộ được triển khai với lưới 1 mm để khảo sát tính hiệu quả của phương in beam-type structures:phápfrequency-based method vs mode shape-based method”, Engineering Structures, 25(1), pp.57-67. trong việc xác định vị trí và chiều dài của hư hỏng. Kết quả phân tích được thể hiện [5] H.W. Hu, and C.B. Wu (2008), “Nondestructive damage detection of two trên hình 7, hình 8 và tổng hợp trong bảng 2, bảng 3. Kết quả cho thấy rằng, dimensional platechỉ số về structures using modal strain energy method”, Journal of Mechanics, 24, pp.319-332. KNCĐ phụ thuộc (a) Modevào (a) Mode 11 ngưỡng (b) hưMode hỏng 1, 2Mode và (b) dạng dao động khảo sát. 1, 2(c) Mode 1, 2, 3 (c) Kết [6] T.C. Mode Lê quả 1, và Đ.D. 2, 3 chẩn Hồ (2015), “Chẩn đoán hư hỏng trong kết cấu tấm sử dụng đoán về chiều dài vết nứt, cho đồng thời cả vết nứt ở biên và vết nứt ở giữa tấm, đạt độ dạng”, Tạp chí Xây dựng, 6, tr.100-105. phương pháp năng lượng biến Hình 5.Hình Biểu Hình 8.8.Biểuđồđồchỉ Biểu chỉ đồsốsố hưhư chỉ hỏng,hư số ngưỡng hỏng, hỏng, ngưỡng, lưới 30% ngưỡng 30% 30% 1 mm, vết ,,nứtlưới lướigiữa.110 mm,mm. [7] Y.Z. Fu, J.K. Liu, Z.T. Wei, and Z.R. Lu (2016), “A two-step approach for damage chính xác caogiữa. vết nứt nhất khi sử dụng ngưỡng hư hỏng bằng 10% vàidentification dạng dao độngJournal in plates”, thứ of Vibration and Control, 22(13), pp.3018-3031. Bước 2 - Cục bộ: nhất (mode 1). Tóm lại, phương pháp năng lượng biến dạng cục bộ có khả năng xác Sau khi triển khai phương pháp năng lượng biến dạng tổng thể, vùng hư hỏng sơ Bảng 2.xác định chính KNCĐchiều(%) hưdài hỏngcủa cục bộvếtchonứt vết nứt khibiên. sử dụng ngưỡng hư hỏng và dạng dao động bộ của vết nứt biên và vết nứt giữa được xác định là hình chữ 45 nhật với kích thước thích hợp. Ngưỡng 62(1) 1.2020 60×20 mm (hình 6). ModeTrên hai 2vùng 1 Mode Modehư3 hỏng Mode 4sơMode bộ 1,này, 2 Mode phương 1, 2, 3 pháp năng lượng biến dạng cục bộ được triển khai với lưới 1 mm để khảo sát tính hiệu quả của phương pháp