Kiriş Benzeri Yapılarda Titreşim Temelli Analizler ve Yapay Sinir Ağları ile Hasar Tespiti

Benzer belgeler
KOMPOZĐT VE SANDVĐÇ KĐRĐŞLERDEKĐ HASAR ŞĐDDETĐNĐN TĐTREŞĐM BAZLI ANALĐZLER VE YAPAY SĐNĐR AĞLARI ĐLE TESPĐTĐ

ANALİTİK MODEL GÜNCELLEME YÖNTEMİ KULLANILARAK KÖPRÜLERİN HASAR TESPİTİ

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

AKILLI BİR PLAKANIN SERBEST VE ZORLANMIŞ TİTREŞİMLERİNİN KONTROLÜ

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

Hava Aracının Üzerinden Titreşim Kaynaklı Enerji Hasatı Çalışmaları

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

KİRİŞ BENZERİ YAPILARDA TESTERE KESİĞİ TİPİ HASARLARIN BİRLEŞİK GENETİK ALGORİTMA VE LİNEER OLMAYAN OPTİMİZASYON İLE TESPİTİ

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Karayolu Köprülerinin Modal Davranışına Kutu Kesitli Kiriş Şeklinin Etkisi Doç. Dr. Mehmet AKKÖSE

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

1 2 ve Yavuz YAMAN 3. dir. Y. Al, yüzeye monte gömülebilirler. Yüzeye uygulanan. . Fiber Bragg Izgara gerinim ölçerler, yüksek hassasiyetli

ÇİMENTO BASMA DAYANIMI TAHMİNİ İÇİN YAPAY SİNİR AĞI MODELİ

Musa DEMİRCİ. KTO Karatay Üniversitesi. Konya

ÇEVRESEL TİTREŞİM VERİLERİ KULLANILARAK KEMER BARAJLARIN HASAR DEĞERLENDİRMESİ

KİRİŞ BENZERİ YAPILARDA BİRLEŞİK GENETİK ALGORİTMA VE LİNEER OLMAYAN OPTİMİZASYON İLE HASAR TESPİTİ

Kürleşme sıcaklığı ve süresinin cam/polyester kompozit kirişlerin serbest titreşim ve burkulma davranışına etkileri

Hava Yapıları Üzerinden Farklı Tip Piezoelektrik Malzemeler Kullanılarak Enerji Hasatı Çalışmaları

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Üzerinde birden fazla yay-kütle sistemi bulunan eksenel yük etkisi altındaki kirişlerin serbest titreşim analizi

KADEMELENDİRİLMİŞ KÖPÜK MALZEMELERİN SANDVİÇ KİRİŞİN DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

Şifrebilimde Yapay Sinir Ağları

DOKUZ KATLI TÜNEL KALIP BİNA SONLU ELEMAN MODELİNİN ZORLAMALI TİTREŞİM TEST VERİLERİ İLE GÜNCELLENMESİ

Artificial Neural Network Modelling of Cracked Beams

BAL PETEĞİ SANDVİÇ KOMPOZİT YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF FIRST TWISTING MODE OF A SMART PLATE

HARAKETLİ YÜK PROBLEMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

AKILLI BİR KİRİŞİN UZAMSAL SİSTEM MODELİNİN ELDE EDİLMESİ

YAPI MEKANİĞİ LABORATUVARI

PİEZOELEKTRİK KUMANDA ELEMANI VE ALGILAYICI İÇEREN ESNEK BİR KİRİŞİN AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜNÜN SİMÜLASYONU

CETP KOMPOZİTLERİN DELİNMELERİNDEKİ İTME KUVVETİNİN ANFIS İLE MODELLENMESİ MURAT KOYUNBAKAN ALİ ÜNÜVAR OKAN DEMİR

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM KONTROLÜNDE ALGILAYICI VE UYARICI OLARAK KULLANILMASI

SARSMA TABLASINA YERLEŞTİRİLMİŞ 3 KATLI HASARLI VE HASARSIZ ÇELİK YAPI MODELİNİN DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

PİEZOELEKTRİK MALZEMELER YARDIMIYLA ENERJİ HASATI

Yapısal Analiz Programı SAP2000 Bilgi Aktarımı ve Kullanımı. Doç.Dr. Bilge Doran

ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELER İÇİN MİKROMEKANİK ESASLI KIRIM KISTASI EMRE FIRLAR KAAN BİLGE MELİH PAPİLA 0º 90º 90º 0º

HELİKOPTER ALT YAPILARININ DİNAMİK ANALİZİ İÇİN DÜŞÜK DERECEDE MODELLEME

SERİ ÇİFT PİMLİ SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKALARDAKİ HASAR YÜKÜNÜN YAPAY ZEKÂ TEKNİKLERİ KULLANARAK BULUNMASI

(SPATIAL SYSTEM IDENTIFICATION OF A SMART BEAM)

Doç. Dr. Buket OKUTAN BABA

DEPREME KARŞI GÜÇLENDİRME ÖNCESİ VE SONRASINDA BİR BİNANIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN DENEYSEL MODAL ANALİZ YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ

PERDELERDEKİ BOŞLUKLARIN YATAY ÖTELENMEYE ETKİSİ. Ayşe Elif ÖZSOY 1, Kaya ÖZGEN 2 elifozsoy@hotmail.com

Hibrit ve Çelik Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışlarının Karşılaştırılması

Delaminasyonlu Sandviç Kompozitlerin Dinamik Davranışlarının İncelenmesi

KATMANLI KOMPOZİT KİRİŞLERİN GENETİK ALGORİTMA İLE OPTİMİZASYONU

DENEY 2 KESME HIZININ YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 14 Sayı: 42 sh EKİM 2012

AKILLI BİR KİRİŞİN STATİK AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞI

Prof. Dr. Yavuz YAMAN, Prof. Dr. Serkan ÖZGEN, Doç. Dr. Melin ŞAHİN Y. Doç. Dr. Güçlü SEBER, Evren SAKARYA, Levent ÜNLÜSOY, E.

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

BETONARME KİRİŞLERİN KOMPOZİT MALZEMELER İLE GÜÇLENDİRİLMESİ. Zeki ÖZCAN 1 ozcan@sakarya.edu.tr

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

YAPAY SİNİR AĞLARI YÖNTEMİ İLE PAFTALARININ SAYISALLAŞTIRILMASI ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS METHOD FOR MAP DIGITIZATION

SOLIDWORKS SIMULATION EĞİTİMİ

ASENKRON MOTORDA YAPAY SİNİR AĞLARI İLE DURUM KESTİRİMİ. Hıdır Selçuk NOĞAY 1


GÜÇLENDİRİLMİŞ BİR KOMPOZİT KİRİŞ TASARIMI

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

AKTİF KAYNAKLI YÜZEY DALGASI (MASW) YÖNTEMINDE FARKLI DOĞRUSAL DIZILIMLERIN SPEKTRAL ÇÖZÜNÜRLÜLÜĞÜ

OSPF PROTOKOLÜNÜ KULLANAN ROUTER LARIN MALİYET BİLGİSİNİN BULANIK MANTIKLA BELİRLENMESİ

Zorlamalı Titreşim ş Testleri

Cam Elyaf Takviyeli Kompozitlerin Düşük Hızlı Darbe Davranışlarının Nümerik Analizi

Prof.Dr. BEYTULLAH TEMEL

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Genel Laboratuvar Dersi Eğilme Deneyi Çalışma Notu

BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

İNM Ders 2.2 YER HAREKETİ PARAMETRELERİNİN HESAPLANMASI. Yrd. Doç. Dr. Pelin ÖZENER İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı

SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKA ÜZERİNDE AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜ AMACIYLA KULLANILACAK PİEZOELEKTRİK YAMALARIN YERLERİNİN BELİRLENMESİ

UZUN AÇIKLIKLI BETONARME KARAYOLU KÖPRÜLERİNİN DEPREM GÜVENLİKLERİNİN HASARSIZ DİNAMİK DENEYSEL YÖNTEMLERLE BELİRLENMESİ: BİRECİK KÖPRÜSÜ ÖRNEĞİ

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

TESTBOX Serisi Cihazlar ile Tarihi Bir Yapıda Kablosuz Yapısal Sağlık Takibi

L KESİTLİ KİRİŞTE KAYMA MERKEZİNİN ANSYS İLE VE DENEYSEL YOLLA BULUNMASI

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACI KANATLARININ AĞIRLIKLARININ İNCELENMESİ

BİR TİCARİ ARAÇ İÇİN ECE R-14 REGÜLASYONUNA UYGUN KOLTUK BAĞLANTILARININ GELİŞTİRİLMESİ

5/8/2018. Windsor Probe Penetrasyon Deneyi:

Erdener ve Yaman ÖZET DEVELOPMENT OF STRUCTURAL MODEL OF AN AIRCRAFT WING ABSTRACT

17 AĞUSTOS 1999 KOCAELİ DEPREMİNDE HASAR ALAN BİNADA KAT GEÇİRGENLİK FONKSİYONLARIYLA HASAR TANILAMA

ARAÇ KAPI SIZDIRMAZLIK PROFİLLERİNDE KULLANILAN MALZEMELERİN SES İLETİM KAYBININ MODELLENMESİ VE DENEYSEL OLARAK DOĞRULANMASI

2009 MÜFREDATI MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ / MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI SINIF: 1 DÖNEM: GÜZ. Ders Kodu Dersin Adı T P K ECTS Ders Tipi

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

Tabakalı Kompozit Bir Malzemenin Genetik Algoritma Yöntemiyle Rijitlik Optimizasyonu

DENİZ PETROL TLP-TİPLİ PLATFORMUN MODEL DİNAMİK İNCELENMESİ

DİNAMİK - 1. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

YEŞİLIRMAK NEHRİ İÇİN TOPLAM ORGANİK KARBON ÖNGÖRÜ MODELLERİ

Ceyhun EREN 1 ve Hilmi L 2

KÖPRÜ SARSMA DENEYLERİYLE ARAÇLARIN KÖPRÜ DEPREM DAVRANIŞI ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN İNCELENMESİ

PETEK YAPILI SANDVİÇ YAPILARDA KÖPÜK DOLGUNUN KRİTİK BURKULMA YÜKÜNE ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK TESPİTİ

PSM 11 PEM YAKIT HÜCRELERİNİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE MODELLENMESİ

KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

Düzlem Kafes Sistemlerin ANSYS Paket Programı ile Optimum Geometri Tasarımı

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

T.C. MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 3) HAVA KÜTLE AKIŞ SİSTEMLERİNDE PID İLE SICAKLIK KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör.

Transkript:

Kiriş Benzeri Yapılarda Titreşim Temelli Analizler ve Yapay Sinir Ağları ile Hasar Tespiti Melin Şahin Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara msahin@metu.edu.tr Özet Bu çalışmada kiriş benzeri yapılardaki hasarın tespiti titreşim temelli analizler kullanılarak incelenmiştir. Kullanılan teknik, yapınının titreşim karakteristiklerini (doğal frekans ve eğrilik biçim şekillerini) yapay sinir ağlarına girdi olarak vermekte ve bu parametrelerin değişik kombinasyonlarının yapıdaki hasarın şiddet ve yer tespiti üzerindeki etkisini incelemektedir. Çalışma iki bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, sağlam ve hasarlı çelik kirişlerin sonlu elemenlar yöntemi kullanılarak modelleri oluşturulmuş ve ilk üç eğilme kipideki doğal frekans değerleri ve yerdeğiştirme biçim şekilleri elde edilmiştir. Daha sonra bu biçim şekilleri düzgelenmiş ve merkezi fark yöntemi kullanılarak kirişin eğrilik biçim şekilleri oluşturulmuştur. Hasara bağli olarak ortaya çıkan doğal frekanstaki yüzde azalma değerleri, sağlam ve hasarlı kirişlerin eğrilik biçim şekilleri arasındaki mutlak farkın azami büyüklüğü ve bu büyüklüğün yeri hasar tespit kriterleri olarak seçilmiş ve tasarlanmış yapay sinir ağlarına veri olarak iletilmiştir. Araştırmanın ikinci bölümünde sağlam ve hasarlı çelik kirişler üzerinde deneysel çalışmalar yapılmış, hasarın şiddeti ve yerine ait yapay sinir ağı tahminlerini içeren önceki çalışmalarla karşılaştırılarak bu tahminlerin doğruluğu araştırılmıştır. 1. Giriş Hasar, serviste bulundukları süre zarfında birçok mühendislik yapısında ortaya çıkan ve yapıların mekanik özelliklerini değiştirerek mukavemetlerinin azalmasına neden olan önemli bir unsurdur. Bu nedenle, mekanik bütünlüklerinin devamlığını sağlamak için servis hayatları boyunca yapılar düzenli şekilde kontrol edilmeli ve izlenmelidir. Mühendislik yapılarının hasar tespitinde tahribatsız muayene metodları sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tür rutin bakımlar için yapı servis dışına alınmalı, hasarlı parçanın yeri önceden bilinmeli ve bu yer denetim için ulaşılabilir olmalıdır. Belirtilmiş olan sınırlamalar dahilinde yoğun iş gücü gerektiren bu tür metodlar zaman almakta ve yüksek maliyet içermektedir. Bu noktada yapılması gereken, entegre edilmiş algılayıcılarıyla hasar hakkında önceden bilgi verebilen, akıllı algoritmalar kullanan ve örüntü tanıma kabiliyetine sahip bir sistem tasarlanmasıdır. Hasar tespitindeki hiyerarşi [1] dört ana bölümde toplanabilir. 1. Seviye: Yapıda hasar bulunup bulunmadığına karar verilmesi 2. Seviye: Hasarın yerinin tespiti 3. Seviye: Hasarın şiddetinin tespiti 4. Seviye: Yapının kalan ömrünün tahmini Yapının titreşim cevapları hasarın varlığı hakkında doğrudan bilgi vereceğinden birinci seviyede hasar tespiti düz problem olarak kabul edilirken, ikinci ve üçüncü seviye hasar tespitleri ters problem kategorisinde incelenirler. Bunlara ilaveten, yapı üzerinde farklı geometrik yerlerde bulunan değişik şiddetlerdeki hasarların yarattığı etkiler aynı olabileceğinden problem tekçözümlü değildir. Adaptasyon, genelleme, soyutlama ve gerçek zamanda çalışma özellikleri sebebiyle yapay sinir ağları [2,3] bu tür problemlerin çözümünde alternatif olarak kullanılmaktadır. Literatürde isotropik [4,5,6] ve kompozit [7,8,9,10,11] malzelerden oluşan yapılardaki hasarın şiddet ve yer tespitine yönelik çalışmalara da sıklıkla rastlanmaktadır. Fakat deneysel doğrulamaların bulunduğu çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu nedenle çalışmada, ikinci ve üçüncü seviyede hasar tespitinde kullanılabilecek deneysel olarak doğrulanmış algoritmanın tasarlanması hedeflenmiştir. 2. Kirişin modellenmesi Modele bağımlı titreşim temelli analizlerde deneysel çalışmalar öncesinde detaylı ve doğru tasarlanmış sayısal model yaratılması önemlidir. Bu çalışmada sağlam ve hasarlı kirişlerin modellenmesinde paket program olan ANSYS 6.1 [12] kullanılmıştır. Kirişler, 450mm uzunluğunda (L), 40mm genişliğinde ve 3mm kalınlığında çelikten ibarettir. Burada hasarlı olarak adlandırılan ve deneylerde kullanılan yapı, üzerinde orta noktası ankastre uçtan 0.4556L uzaklıkta olan, 2mm derinliğinde (%66.67 hasar), 10mm genişliğinde yiv bulunduran kiriştir. Kirişlerin modellenmeleri sırasında dört düğümlü, her düğüm noktasında altı

serbestlik derecesine sahip, iki-boyutlu, doğrusal kabuk elemanlar (SHELL63) kullanılmıştır. Ankastre-serbest mesnet konfigürasyonunda eğilme titreşimlerinin ilk üç doğal frekansı (Çizelge 1) ve bu frekanslara karşılık gelen yerdeğiştirme biçim şekilleri modal analizler sonucunda elde edilmiştir. Daha sonra, bu biçim şekilleri düzgelenmiş ve merkezi fark yöntemi kullanılarak kirişlerin eğrilik biçim şekilleri [13] oluşturulmuştur. Çizelge 1. Ankastre çelik kirişlerin doğal frekansları: Sonlu elemanlar çözümü Kip Sağlam Hasarlı Hasarlı Kiriş [Hz] Kiriş [Hz] Sağlam 1. Eğilme 12.3859 10.7415 0.8672 2. Eğilme 77.6044 60.3581 0.7778 3. Eğilme 217.5093 212.4555 0.9768 incelenmiş ve 0.44L deki hasarlar için bu değişimler Şekil 2 de gösterilmiştir. 3. Hasar senaryoları ve öznitelik bulma çalışmaları Sonlu elemanlar modelinde, kiriş üzerindeki 15 farklı yerde (Çizelge 2) 10 mm genişliğinde seçilen elemanların kalınlıklarının 32 değişik şiddette (%2.5 tan başlayarak %80 e kadar) azaltılması suretiyle 480 lokal hasar senaryosu yaratılmıştır. Öznitelik bulma çalışmaları ise iki ana bölümde toplanmıştır. Birinci bölümde, hasarların şiddet ve kiriş üzerindeki yerlerine bağlı olarak değişen doğal frekanslardaki yüzde azalma miktarları incelenmiş ve Şekil 1 de ankastre uçtan 0.44L uzaklıkta modellenmiş hasarların ilk üç frekans üzerindeki etkisi örnek olarak gösterilmiştir. Bu miktarlar hasarın yer ve şiddetine bağlı olarak her kipte farklılık gösterdiğinden kirişin birden fazla (ilk üç) kipinden elde edilen titreşim bilgileri hasar tespitinde kullanılmıştır. (c) Şekil 2. Sağlam ve hasarlı kirişlerin eğrilik biçim şekilleri arasındaki mutlak farklılığın, yeri 0.44L olan değişik şiddetteki hasarlarla değişimi: 1. Kip 2. Kip (c) 3. Kip Şekil 1. Yeri 0.44L olan değişik siddetteki hasarların doğal frekanslarda yarattığı yüzde azalma miktarları Đkinci bölümde ise, sağlam ve hasarlı kirişlerin eğrilik biçim şekilleri arasındaki mutlak farklılığın değişik şiddetteki hasarların kiriş üzerindeki yerine bağlı olarak değişimi ilk üç kip gözönüne alınarak Şekildeki her sıralı nokta deneysel çalışmada kullanılan uzama ölçerlerin kiriş üzerindeki yerlerine karşılık gelmektedir. Bu çalışmanın bir başka amacı da titreşim temelli analizlerden gelecek olan verileri (yapay sinir ağı girdilerini) olabildiğince azaltmak ve diğer taraftanda hasar tahminlerinde yüksek doğruluk sağlamaktır. Bu nedenle, doğal frekanslardaki yüzde azalma, sağlam ve hasarlı kirişlerin eğrilik biçim şekilleri arasındaki mutlak farklılığın azami büyüklüğü ve bu büyüklüğün kiriş

üzerindeki geometrik yeri öznitelik olarak seçilmiş ve tasarlanmış yapay sinir ağlarına girdi olarak verilmiştir. Çizelge 2. Hasarların ankastre uçtan olan uzaklıkları 0.044L 0.24L 0.44L 0.64L 0.10L 0.30L 0.50L 0.70L 0.14L 0.34L 0.54L 0.74L 0.20L 0.40L 0.60L kip için Şekil 4 de gösterilmiştir. Şekilde görülen azami büyüklük ve bu büyüklüğe karşılık gelen yer deneysel öznitelik olarak alınmış ve hasarın şiddet ve yerinin tahmininde veri olarak kullanılmıştır. 4. Deneysel çalışmalar Bu bölümde sonlu elemanlar yöntemi ile modeli ve modal analizleri yapılmış olan sağlam ve hasarlı kirişlerin dinamik sistem cevapları deneysel olarak elde edilmiştir. Deneyde kullanılan çelik kiriş, yüzeyine yapıştırılmış olan sekiz uzama ölçer ve kiriş üzerindeki yerleri Şekil 3 de gösterilmiştir. Şekil 3. Çelik kiriş ve uzama ölçerler Kirişler öncelikle elektro-dinamik titreşimci yardımıyla frekansı 3Hz ile 253Hz arasında değişen sinüs dalgası ile uyarılmış, sistem cevapları serbet uca tutturulmuş ivme ölçerden alınmış ve ilk üç eğilme rezonans frekansları Çizelge 3 de verilmiştir. Görüldüğü üzere, sonlu elemanlar analizleri kullanılarak elde edilen frekans değerleri (Çizelge 1) deneysel yolla elde edilenlerden (Çizelge 3) biraz farklılık göstermekle birlikte kabuledilebilir ölçüdedir. Geometri (uzunluk, genişlik, kalınlık) ve malzeme (yoğunluk, elastisite modulu) özelliklerindeki değişim, sınır koşulu farklılıkları, ölçüm hassasiyeti ve diğer etkenler (ivme ölçerin ağırlı, uzama ölçerlerin kabloları vb.) bu farklığın muhtemel sebepleri arasında sayılabilir. Daha sonra, kirişler her bir rezonans frekansında sabit sinüs dalgası ile uyarılmış ve sistemin lokal uzama cevapları kiriş yüzeyine dağıtılmış sekiz uzama ölçer yardımıyla toplanmıştır. Bu veriler ankastre uca en yakın uzama ölçerin (Şekil 3 deki 8 nolu uzama ölçer) değerine oranlanmış ve böylelikle sağlam ve hasarlı kirişler için düzgelenmiş uzama biçim şekilleri elde edilmiştir. Bu biçim şekilleri arasındaki mutlak farklılıklar hesaplanmış ve değerler üç ayrı (c) Şekil 4. Sağlam ve hasarlı kirişlerin uzama biçim şekilleri arasındaki mutlak farklık 1. Kip 2. Kip (c) 3. Kip

Çizelge 3. Ankastre çelik kirişlerin rezonans frekansları: Deneysel sonuçlar Kip Sağlam Hasarlı Hasarlı Kiriş [Hz] Kiriş [Hz] Sağlam 1. Eğilme 11.8 9.2 0.7796 2. Eğilme 73.1 50.5 0.6908 3. Eğilme 205.6 200.8 0.9766 5. Yapay sinir ağı uygulamaları 5.1. Tasarım, eğitim ve doğrulama Titreşim temelli analizlerden çıkarılan öznitelikleri kullanarak hasarın şiddet ve yerini tespit edecek olan en etkin yapay sinir ağı (YSA) mimarisinin oluşturulması için Çizelge 4 de gösterilmiş olan tek saklı tabakalı, ileri-beslemeli, geri-yayılımlı yapay sinir ağları MATLAB [14] paket programı kullanılarak tasarlanmıştır. Bu çizelgedeki yapay sinir ağları ortalama karesel hatayı en aza indirgemeleri ve daha iyi yakınsama değerleri vermeleri nedeniyle daha önceki sayısal çalışmadan [11] seçilmişlerdir. Çizelge 4. Çalışmada kullanılan yapay sinir ağları YSA YSA Girdi Çıktı No Yapısı 1 DFA HŞ 3:6:1 2 EBMF HY 3:6:1 3 EBMF&YER HY 6:9:1 4 EBMF&YER HŞ&HY 6:12:2 5 DFA&EBMF&YER HŞ&HY 9:18:2 Çizelge 4 de DFA (doğal frekanstaki yüzde azalma), EBMF (eğrilik biçim şekilleri arasındaki mutlak farkın azami büyüklüğü), YER (EBMF nin kiriş üzerinde bulunduğu yer), HŞ (hasarın şiddeti) ve HY (hasarın yeri) kısaltmaları kullanılmıştır. YSA yapısı altındaki rakamlar da sırası ile giriş, saklı ve çıkış tabakasındaki düğüm sayısını göstermektedir. Örneğin, 1 numaralı YSA da doğal frekanstaki yüzde azalma (DFA) girdi olarak kullanılmakta ve hasarın sadece şiddeti (HŞ) tahmin edilmeye çalışılmaktadır. Diğer taraftan 4 numaralı YSA, eğrilik biçim şekilleri arasındaki mutlak farkın azami büyüklüğü (EBMF) ve kiriş üzerinde bulunduğu yeri (YER) girdi olarak almakta ve aynı anda hem hasarın şiddetini (HŞ) hemde hasarın yerini (HY) tahmin etmektedir. Analizlerde 480 farklı hasar senaryosu içinden rastgele 450 girdi-çıktı çifti YSA ya eğitme verisi ve geri kalan 30 çift de YSA nın eğitimi sırasındaki doğrulama ve genellemenin kontrol edilmesi için kullanılmıştır. 5.2. Hasar tahminleri Bu bölümde YSA ların hasar şiddet ve yer tahminlerini sunulmuştur. Şekil 5a da 1 numaralı YSA nın (Çizelge 4, DFA-HŞ) eğitim performansı (hedef ve tahmin arasındaki ortalama karesel hata) artan iterasyon sayısına bağli olarak verilmiştir. Aynı YSA daha sonra deneysel girdi ile test edilmiş ve hasar şiddet tahmini de Şekil 5b de gösterilmiştir. Bu şekildeki noktalı çizgiler tahminin hedeften %5 uzaklıkta olan sınırını belirlemek için kullanılmıştır. Şekil 6 da 3 numaralı YSA (Çizelge 4, EBMF&YER-HY) nın eğitim performansını (Şekil 6a) ve hasar yer tahminini (Şekil 6b) göstermektedir. Şekil 5. 1 numaralı YSAnın tahmini Eğitim performansı Hasarın şiddet tahmini Tasarlanmış ve hasar tespitinde kullanılmış tüm YSAlarının tahminleri Çizelge 5 de verilmiştir. Bu çizelgede görüldüğü üzere DFA (1 numaralı YSA) hasarın şiddet tahmininde etkili olurken (hedef ve tahmin arasında 0.0014 fark), EBMF ve YER bilgisinin kullanıldığı YSA (3 numaralı YSA) hasarın yerinin tahmininde EBMF nin tek başına girdi olarak kullanıldığı YSA (2 numaralı YSA) dan daha doğru tahminde bulunmuştur. Diğer ağlar (4 ve 5 numaralı YSA) hasarın şiddet ve yerini tek tahminde bulmaya çalıştıklarından hedef ve tahmin arasındaki farklar daha yüksektir.

ve şiddeti hakkında doğrudan bilgi verdiğini, eğrilik biçim şekilleri arasındaki mutlak farkın azami büyüklüğünün de yer bilgisi ile birlikte kullanılmasının hasar yer tahminlerdeki doğruluğu arttırdığını göstermiş ve sonuçları deneysel olarak doğrulamıştır. 7. Kaynaklar Şekil 6. 3 numaralı YSAnın tahmini Eğitim performansı Hasarın yer tahmini Çizelge 5. Yapay sinir ağı hasar tahminleri YS A Hedef Tahmin No 1 0.6667 0.6653 2 0.4556 0.4866 3 0.4556 0.4656 4 0.6667 0.4556 0.6291 0.4610 5 0.6667 0.4556 0.7123 0.4375 6. Sonuçlar Bu çalışmada kiriş benzeri yapılardaki hasarın titreşim temelli analizler ve yapay sinir ağları ile tespitinin deneysel olarak doğrulanması gösterilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenen kirişler üzerinde farkli hasar senaryoları yaratılmış ve kirişlerin titreşim cevaplarından hasar tespitinde kullanılacak öznitelikler şeçilmiştir. Bu öznitelikler tasarlanan yapay sinir ağlarına girdi olarak verilmiş, eğitim ve doğrulamalar yapılmıştır. Daha sonra bu sinir ağları deneysel veriler gönderilmek suretiyle hasarın şiddet ve yer tahmininde kullanılmışlardır. Sonuç olarak bu çalışma, doğal frekanstaki azalmanın hasarın varlığı [1] S.W. Doebling, C.R. Farrar, M.B. Prime ve D.W. Shevitz, Damage Identification and Health Monitoring of Structural and Mechanical Systems from Changes in Their Vibration Characteristics: A literature Review, Tech. Rep. No: LA-13070-MS. Los Alamos National Laboratory, 1996. [2] C.M. Bishop, Neural Networks for Pattern Recognition, Clarendon Press, Oxford, 1995. [3] D.W. Patterson, Artificial Neural Networks: Theory and Applications, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1996. [4] K. Worden ve A.D. Ball, Modal Analysis-based Condition Assessment of Structures using Neural Networks, Proceedings of 6 th International Congress on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management, 139-146, 1994. [5] S.V. Barai ve P.C. Pandey, Vibration Signature Analysis using Artificial Neural Networks, Journal of Computing in Civil Engineering, ASCE, 9(4), 1995, 259-265. [6] M.F. Elkordy, K.C. Chang ve G.C. Lee, Neural Networks Trained by Analytically Simulated Damage States, Journal of Computing in Civil Engineering, ASCE, 7(2), 1993, 130-145. [7] A.S. Islam ve K.C. Craig, Damage Detection in Composite Structures using Piezoelectric Materials, Smart Materials and Structures, 3(3), 1994, 318-328. [8] A.C. Okafor, K. Chandrashekhara ve Y.P. Jiang, Delamination Prediction in Composite Beams with Builtin Piezoelectric Devices using Modal Analysis and Neural Network, Smart Materials and Structures, 5(3), 1996, 338-347. [9] Y.G. Xu, G.R. Liu, Z.P. Wu ve X.M. Huang, Adaptive Multilayer Perceptron Networks for Detection of Cracks in Anisotropic Laminated Plates, International Journal of Solids and Structures, 38(32-33), 2001, 5625-5645. [10] M. Sahin ve R.A. Shenoi, Damage Detection in FRP Laminated Beams using Neural Networks, First European Workshop on Structural Health Monitoring, Proceeding of the First European Workshop, 726-733, Ecole Normale Superieure, Cachan (Paris), July 10-12, 2002. [11] M. Sahin ve R.A. Shenoi, Vibration-based Damage Identification in Beam-like Composite Laminates by using Artificial Neural Networks, Proceedings of the IMechE, Part C, Journal of Mechanical Engineering Science, 217(6), 2003, 661-676. [12] ANSYS, User Manual, ANSYS, Inc., 2002 [13] A.K. Pandey, M. Biswas ve M.M. Samman, Damage Detection from Changes in Curvature Mode Shapes, Journal of Sound and Vibration, 145(2), 1991, 321-332. [14] H. Demuth ve M. Beale, Neural Network Toolbox, User s Guide, Version 4. The Math Works, Inc., 2000.