Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp véc tơ định vị dlv và giải thuật tiến hóa khác biệt de

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan rằng, Luận văn "Chẩn đốn hư hại dầm composite nhiều lớp
sử dụng phương pháp véc-tơ định vị DLV và giải thuật tiến hóa khác biệt DE"
là bài nghiên cứu của chính tơi.
Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tơi cam
đoan rằng tồn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố
hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.
Khơng có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận
văn này mà khơng được trích dẫn theo đúng quy định.
Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các
trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

TP. Hồ Chí Minh, năm 2016

NGUYỄN THANH TIỀN

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE

Tai Lieu Chat Luong


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự hướng dẫn,
giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của thầy cơ trường Đại học Mở Tp HCM và các bạn
cùng lớp Xây dựng 3 cũng như gia đình.
Trước tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS. TS Nguyễn
Thời Trung, là người đã trực tiếp giúp đỡ hướng dẫn cho tơi rất tận tình trong suốt

thời gian thực hiện đề cương và luận văn này; đồng thời cảm ơn sâu sắc đến anh Võ
Duy Trung – nghiên cứu viên của Viện khoa học tính tốn INCOS, trường Đại học
Tơn Đức Thắng.
Sau đó, tơi xin cảm ơn các bạn cùng học chung trong lớp Xây dựng 3 đã hết
lòng hỗ trợ, trao đổi, giúp đỡ tơi trong việc hồn thành luận văn này. Xin chân thành
cảm ơn gia đình và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn
thành luận văn này.

TP. Hồ Chí Minh, năm 2016

NGUYỄN THANH TIỀN

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


iii

TRANG TÓM TẮT
Vật liệu composite ngày càng được sử dụng phổ biến trong cuộc sống bởi
những tính năng ưu việt của chúng. Nên việc đánh giá khả năng làm việc an tồn,
hiệu quả của các cơng trình có sử dụng kết cấu composite là rất quan trọng và cần
thiết. Luận văn này trình bày về chẩn đốn hư hại của dầm composite nhiều lớp
bằng phương pháp kết hợp véc-tơ định vị DLV và giải thuật tiến hóa khác biệt DE.
Quá trình chẩn đốn hư hại trải qua hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là xác định vị
trí hư hại trong kết cấu dầm composite nhiều lớp bằng phương pháp DLV; giai đoạn
thứ hai là sử dụng phương pháp DE để xác định mức độ hư hại tại các vị trí đã xác
định ở giai đoạn một. Để chứng minh sự tin cậy và hiệu quả của phương pháp được
đề xuất thì các ví dụ số cho kết cấu dầm cơng xơn với góc hướng sợi được thay đổi
trong từng bài tốn cụ thể, và với các vị trí hư hại giả định trước đã được thực hiện.
Trong các ví dụ đó, ảnh hưởng của nhiễu cũng đã được xét đến. Kết quả số cho thấy

rằng, phương pháp sử dụng rất hiệu quả trong việc xác định vị trí hư hại và mức độ
hư hại của dầm composite nhiều lớp. Đồng thời, kết quả cũng cho thấy rằng phương
pháp bị ảnh hưởng bởi số lượng dạng dao động, số lượng vị trí hư hại và mức độ hư
hại khi xét nhiễu.
Từ khóa: Dầm composite nhiều lớp, chẩn đốn hư hại, phương pháp DLV,
giải thuật DE.

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii
TRANG TĨM TẮT ............................................................................................... iii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ xi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU.................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 1
1.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước ................................................................ 6
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................. 12
1.4. Mục tiêu nghiên cứu. ................................................................................... 14
1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ............................................................... 15
1.6. Ý nghĩa đề tài .............................................................................................. 15
1.7. Phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận văn ....................................... 16
1.7.1. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 16
1.7.2. Cấu trúc luận văn .................................................................................. 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 18
2.1. Giới thiệu về vật liệu composite .................................................................. 18
2.2. Bài toán chẩn đoán hư hại cho kết cấu ......................................................... 21
2.2.1. Phần tử hữu hạn cho dầm composite ..................................................... 22
2.2.1.1. Chuyển vị, biến dạng, ứng suất của dầm nhiều lớp ........................... 22
2.2.1.2. Dạng yếu của mơ hình dầm composite nhiều lớp .............................. 26
2.2.1.3. Công thức phần tử hữu hạn của dầm composite nhiều lớp dựa trên lý
thuyết dầm bậc nhất của Timoshenko ............................................................ 31
2.2.2. Định nghĩa khái niệm hư hại trong luận văn .......................................... 38
2.2.3. Xác định vị trí hư hại bằng phương pháp Véc-tơ định vị hư hại (DLV) . 38

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


v

2.2.4. Đánh giá mức độ hư hại sử dụng giải thuật tiến hóa khác biệt DE ......... 41
2.2.4.1. Hàm mục tiêu ................................................................................... 42
2.2.4.2. Giải thuật tiến hóa khác biệt (DE)..................................................... 43
2.3. Lưu đồ tính tốn .......................................................................................... 46
CHƯƠNG 3: VÍ DỤ SỐ ........................................................................................ 48
3.1. Giới thiệu .................................................................................................... 48
3.2. Phần kiểm chứng ......................................................................................... 49
3.2.1. Kiểm chứng tần số riêng dầm composite cho bài toán số 1 .................... 49
3.2.2. Kiểm chứng Tần số riêng dầm composite cho bài toán số 2 .................. 50
3.2.2.1. Dầm công xôn .................................................................................. 51
3.2.2.2. Dầm một nhịp tựa trên hai gối giản đơn ............................................ 52
3.2.2.3. Dầm một nhịp hai đầu ngàm ............................................................. 52
3.2.2.4. Dầm một nhịp một đầu tựa đơn – một đầu ngàm .............................. 53
3.2.2.5. Kiểm chứng tần số riêng với các góc hướng sợi thay đổi khác nhau . 53

3.2.3. Nhận xét ............................................................................................... 54
3.3. Chẩn đoán hư hại kết cấu ............................................................................ 54
3.3.1. Khảo sát bài toán với điều kiện biên khác nhau ..................................... 55
3.3.1.1. Trường hợp không xét đến nhiễu ...................................................... 55
3.3.1.2. Trường hợp có xét đến nhiễu ............................................................ 57
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của góc hướng sợi ................................................. 59
3.3.2.1. Trường hợp không xét đến nhiễu ...................................................... 59
3.3.2.2. Trường hợp có xét đến nhiễu ............................................................ 61
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của số lớp.............................................................. 62
3.3.3.1. Trường hợp không xét đến nhiễu ...................................................... 62
3.3.3.2. Trường hợp có xét đến nhiễu ............................................................ 64
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của số lượng dạng dao động .................................. 66
3.3.4.1. Trường hợp không xét đến nhiễu ...................................................... 66
3.3.4.2. Trường hợp có xét đến nhiễu ............................................................ 67
3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của số lượng phần tử hư hại .................................. 69
Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


vi

3.3.5.1. Trường hợp không xét đến nhiễu ...................................................... 69
3.3.5.2. Trường hợp có xét đến nhiễu ............................................................ 71
3.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của mức độ hư hại ................................................. 72
3.3.6.1. Trường hợp khơng xét đến nhiễu ...................................................... 72
3.3.6.2. Trường hợp có xét đến nhiễu ............................................................ 74
3.4. Kết luận....................................................................................................... 75
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ..................................................................................... 78
4.1. Đóng góp của luận văn ................................................................................ 78
4.2. Hạn chế của luận văn................................................................................... 79
4.3. Hướng phát triển ......................................................................................... 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO. .................................................................................... 80
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 88

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Những sự cố đáng tiếc đã xảy ra trên thế giới ........................................... 2
Hình 2.1. Phân loại vật liệu composite. .................................................................. 19
Hình 2.2. Composite gia cường hạt. ....................................................................... 19
Hình 2.3. Composite gia cường tấm. ...................................................................... 20
Hình 2.4. Composite gia cường sợi. ....................................................................... 20
Hình 2.5. Vật liệu composite nhiều lớp (Kaw, 2005). ............................................ 20
Hình 2.6. Vật liệu nền và sợi gia cường liên tục (Kaw, 2005). ............................... 21
Hình 2.7. Dầm composite nhiều lớp tổng quát. ...................................................... 22
Hình 2.8. Góc hướng sợi trong vật liệu composite. ................................................ 22
Hình 2.9. Chuyển vị phần tử dầm composite nhiều lớp (Wang và cộng sự, 2000). . 23
Hình 2.10. Các thành phần ứng suất (Reddy, 2004). .............................................. 24
Hình 2.11. Hệ tọa độ lớp và hệ tọa độ chung của dầm (Reddy, 2004). ................... 29
Hình 2.12. Các hàm dạng của phần tử 2 nút (Fish và Belytschko, 2007). ............... 31
Hình 2.13. Phần tử dầm Timoshenko 2 nút (ate, 2013)...................................... 32
Hình 2.14. Sơ đồ giải thuật DE. ............................................................................. 43
Hình 2.15. Quá trình đột biến của giải thuật DE, sử dụng rand/1. .......................... 45
Hình 2.16. Lưu đồ tính tốn của luận văn .............................................................. 46
Hình 3.1. Dầm cơng xơn C-F. ................................................................................ 49
Hình 3.2. Dầm cơng xơn C-F. ................................................................................ 51
Hình 3.3. Dầm tựa đơn S-S. ................................................................................... 52
Hình 3.4. Dầm hai đầu ngàm C-C. ......................................................................... 52

Hình 3.5. Dầm một đầu ngàm, một đầu tựa đơn C-S. ............................................. 53
Hình 3.6. Khảo sát với điều kiện biên khác nhau khi khơng xét nhiễu. .................. 56
Hình 3.7. Khảo sát với điều kiện biên khác nhau khi xét ảnh hưởng của nhiễu. ..... 57
Hình 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của góc hướng sợi đến DLV khi khơng xét
nhiễu. .................................................................................................................... 60

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


viii

Hình 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của góc hướng sợi đến DLV khi xét ảnh
hưởng của nhiễu. ................................................................................................... 61
Hình 3.10. Kết quả khảo sát ảnh hưởng số lớp composite đến DLV khi khơng xét
nhiễu. .................................................................................................................... 63
Hình 3.11. Kết quả khảo sát ảnh hưởng số lớp composite đến DLV khi xét ảnh
hưởng của nhiễu. ................................................................................................... 65
Hình 3.12. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dạng dao động đến DLV khi khơng xét
nhiễu. .................................................................................................................... 66
Hình 3.13. Kết quả khảo sát ảnh hưởng số lượng dạng dao động đến nce khi xét ảnh
hưởng của nhiễu. ................................................................................................... 68
Hình 3.14. Sự ảnh hưởng của việc xét nhiễu và không xét nhiễu đến năng lượng
biến dạng tích lũy nce. ........................................................................................... 69
Hình 3.15. Kết quả khảo sát ảnh hưởng vị trí hư hại đến DLV khi khơng xét nhiễu.
.............................................................................................................................. 70
Hình 3.16. Kết quả khảo sát ảnh hưởng vị trí hư hại đến DLV khi xét ảnh hưởng của
nhiễu. .................................................................................................................... 71
Hình 3.17. Kết quả khảo sát ảnh hưởng mức độ hư hại đến DLV khi không xét
nhiễu. .................................................................................................................... 73
Hình 3.18. Kết quả khảo sát ảnh hưởng mức độ hư hại đến DLV khi xét ảnh hưởng

của nhiễu. .............................................................................................................. 74

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Số liệu đặc trưng vật liệu cho bài toán 1 ................................................ 48
Bảng 3.2. Các đặc trưng vật liệu của bài toán 2 ..................................................... 49
Bảng 3.3. Tần số không thứ nguyên của dầm ở các dạng dao động đầu tiên .......... 50
Bảng 3.4. Tần số không thứ nguyên của dầm ở các dạng dao động đầu tiên .......... 51
Bảng 3.5. Tần số không thứ nguyên của dầm ở các dạng dao động đầu tiên .......... 52
Bảng 3.6. Tần số không thứ nguyên của dầm ở các dạng dao động đầu tiên .......... 52
Bảng 3.7. Tần số không thứ nguyên của dầm ở các dạng dao động đầu tiên .......... 53
Bảng 3.8. Bảng so sánh tần số với điều kiện biên khác nhau .................................. 53
Bảng 3.9. Thông số của thuật toán DE ................................................................... 55
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát điều kiện biên khác nhau bằng DE khi không xét nhiễu
.............................................................................................................................. 56
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát điều kiện biên khác nhau bằng DE khi xét ảnh hưởng
của nhiễu ............................................................................................................... 58
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của góc hướng sợi đến phương pháp DE khi
khơng xét nhiễu ..................................................................................................... 60
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của góc hướng sợi đến phương pháp DE khi
xét ảnh hưởng của nhiễu ........................................................................................ 61
Bảng 3.14. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của số lớp đến phương pháp DE khi không
xét nhiễu ................................................................................................................ 63
Bảng 3.15. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của số lớp đến phương pháp DE khi xét ảnh
hưởng của nhiễu .................................................................................................... 65
Bảng 3.16. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dạng dao động đến phương pháp DE

khi không xét nhiễu ............................................................................................... 67
Bảng 3.17. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dạng dao động đến phương pháp DE
khi xét ảnh hưởng của nhiễu .................................................................................. 68
Bảng 3.18. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của số lượng vị trí hư hại đến phương pháp
DE khi không xét nhiễu ......................................................................................... 70

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


x

Bảng 3.19. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của số lượng vị trí hư hại đến phương pháp
DE khi xét ảnh hưởng của nhiễu ............................................................................ 72
Bảng 3.20. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của mức độ hư hại đến phương pháp DE khi
không xét nhiễu ..................................................................................................... 73
Bảng 3.21. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của mức độ hư hại đến phương pháp DE khi
xét ảnh hưởng của nhiễu ........................................................................................ 75
Bảng 3.22. Bảng tổng hợp kết quả khảo sát ........................................................... 76

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ABC

Thuật toán bầy ong nhân tạo (Artificial bee colony)

DLV

Véc-tơ định vị hư hại (Damaged locating vector)

DE

Giải thuật tiến hóa khác biệt (Differential evolution)

GA

Giải thuật di truyền (Genetic algorithm)

PSO

Tối ưu hóa bầy đàn (Particle swarm optimization)

FEM

Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite element mothod)

FBDD

Xác định hư hại dựa trên tần số (Frequency-based damage
detection)

FRF

Hàm ứng xử tần số (Frequency response function)

MBDD

Xác định hư hại dựa trên dạng dao động (Mode-shape-based
damage detection)

MDLAC

Tiêu chí đảm bảo vị trí đa hư hại (Multiple damage location
assurance criterion)

MSS

Chiến lược lựa chọn dạng dao động (Mode selection strategies)

MSE

Năng lượng biến dạng dao động (Mode strain energy)

MSEBI

Chỉ số dựa trên năng lượng biến dạng của dạng dao động
(Modal strain energy based index)

C-F

Dầm một đầu ngàm, một đầu tự do (dầm công xôn)

C-C

Dầm hai đầu ngàm

C-S

Dầm một đầu ngàm, một đầu tựa đơn

S-S

Dầm giản đơn, hai đầu tựa đơn

b

Bề rộng của dầm

Cij

Các hệ số của ma trận độ cứng vật liệu

E

Mô đun đàn hồi

FD , FUD

Ma trận độ mềm của kết cấu khi hư hại và khi chưa bị hư hại.

G

Mô đun đàn hồi cắt

h

Chiều cao dầm

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


xii

K edamage

Độ cứng của phần tử thứ e ở trạng thái bị hư hại

e
K undamage

Độ cứng của phần tử thứ e ở trạng thái không bị hư hại

K

Ma trận độ cứng toàn cục

L, le

Chiều dài dầm, chiều dài phần tử e

me

Ma trận khối lượng của phần tử e

M

Ma trận khối lượng toàn cục

n

Số lớp composite cấu tạo nên dầm

nce

Năng lượng tích lũy chuẩn hóa (Normalized cumulative energy)

Ne

Hàm dạng tương ứng với phần tử thứ e

Qm , Qmb , Qb , Qs

Ma trận vật liệu

ue

Trường chuyển vị của phần tử thứ e

u, w,  x

Là chuyển vị ngang, chuyển vị đứng và góc xoay của phần tử e

, 

Ứng suất pháp và ứng suất cắt tương ứng theo các phương.

, 

Biến dạng dài và biến dạng cắt

 12 ,  21

Hệ số poison theo các phương tương ứng




Góc hướng sợi

, 

Tần số tự nhiên, tần số hiệu chỉnh



Trọng lượng riêng của vật liệu composite

e

Năng lượng tích lũy chuẩn hóa của phần tử thứ e

Dạng dao động hay còn gọi là mode shape

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
Trong chương này sẽ nêu lên lý do nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa của đề
tài, phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận văn.
1.1. Đặt vấn đề
Vật liệu composite là loại vật liệu được kết hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu
khác nhau, nên được thừa hưởng những đặc điểm riêng vốn có từ các loại vật liệu
kết hợp. Đồng thời, sự kết hợp đó cũng tạo ra những tính năng tổng hợp cho vật liệu
composite như khả năng chịu nhiệt tốt, khả năng chịu mỏi tốt, độ cứng cao, v.v.
(Hamey và cộng sự, 2004). Do những đặc điểm này mà ngày nay vật liệu composite
đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, và dần từng bước thay thế các loại
vật liệu truyền thống. Có thể nói, ngành cơng nghiệp quốc phịng và ngành hàng
không vũ trụ được xem là những ngành đi tiên phong trong việc sử dụng vật liệu
composite để chế tạo máy móc, thiết bị. Gần đây nhất, theo nghiên cứu của Treviso
và cộng sự (2015), vật liệu composite đã được sử dụng nhiều để chế tạo máy bay
trong ngành cơng nghiệp vận tải, trong đó một chiếc máy bay được chế tạo với hàm
lượng composite chiếm tới 60% trọng lượng của chúng. Ngoài ra, việc ứng dụng vật
liệu composite ngày càng cũng được mở rộng trong chế tạo các loại tàu thuyền,
dụng cụ thể thao, các loại vật liệu trong xây dựng, v.v.
Do sự phổ biến của kết cấu composite trong cuộc sống, nên việc đánh giá khả
năng làm việc an tồn, hiệu quả của các cơng trình có sử dụng kết cấu composite là
rất quan trọng và cần thiết. Một khi kết cấu composite bị hư hại sẽ làm giảm đáng
kể độ cứng của chúng, và có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng gây thiệt hại
về con người và tài sản. Đã có nhiều sự cố đáng tiếc liên quan đến kết cấu sử dụng
vật liệu composite xảy ra do những hư hại không được dự báo trước như minh họa
trong Hình 1.1. Mặt khác, khi những hư hại cho cơng trình được dự báo trước sẽ
giúp làm giảm đáng kể chi phí sửa chữa và bảo trì. Với những lý do đó đã thúc đẩy

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

2

các nhà khoa học nghiên cứu các phương pháp để chẩn đoán sức khỏe cho kết cấu
composite.

Chiếc Boeing 737 của hãng Southwest
Airlines (Mỹ) thủng một lỗ có kích
thước 30 cm X 30 cm khi đang bay từ
Nashville tới Baltimore, ngày
14/07/2009

Máy bay do thám điện tử E-3A Sentry của
Không lực Mỹ, ngày 14/7/1996

Cầu Blackburn Street (Mỹ) bị sập một
nhịp, ngày 23/5/2013

Chiếc Boeing 767-200ER của hãng hàng
không Dynamic International Airways đã
gặp phải sự cố khi đang chờ cất cánh tới
thủ đơ Caracas – Venezuela, ngày
29/10/2015
Nguồn: Vnexpress.net

Hình 1.1. Những sự cố đáng tiếc đã xảy ra trên thế giới.

Tuy nhiên, ngồi các đặc tính nổi trội, vật liệu composite vẫn có những tính
chất khác như: giữ ngun hình dạng ban đầu khi bị mất tới 60% độ cứng và độ dẻo
Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

3

dai (Minak và cộng sự, 2010); đồng thời, với kết cấu làm từ vật liệu composite
thường dễ bị dị tật, vật liệu composite rất khó kiểm tra các sai sót, nếu khơng muốn
nói là khơng thể trong lúc gia cơng định hình kết cấu chi tiết (Hamey và cộng sự,
2004). Do đó, cũng đã tạo khơng ít thách thức trong việc phát triển các phương
pháp chẩn đoán sức khỏe hiệu quả cho kết cấu composite.
Chẩn đoán hư hại cho kết cấu nói chung và kết cấu composite nói riêng là giai
đoạn đầu tiên của việc theo dõi sức khỏe kết cấu (Nguyễn Tiến Khiêm 2004). Ở giai
đoạn này, chẩn đoán hư hại là việc đánh giá thực trạng của kết cấu hiện tại thông
qua các chỉ số như tần số dao động tự nhiên, dạng dao động của kết cấu, v.v. Giai
đoạn thứ hai là dựa trên số liệu từ mơ hình thực tế của kết cấu để xem xét, đánh giá
các chỉ tiêu của kết cấu cơng trình như: tuổi thọ, độ bền, sức chịu tải, v.v. Trong hai
giai đoạn nêu trên thì giai đoạn đầu tiên được xem là quan trọng nhất vì phải tốn rất
nhiều thời gian và công sức, đồng thời phải có những thiết bị máy móc kỹ thuật
trình độ cao mới thu được kết quả chính xác. Q trình chẩn đốn kết cấu là một bài
tốn ngược, nó đi từ những số liệu đo đạc được về động lực học của kết cấu để đưa
ra một mơ hình mà từ đó có thể tìm ra được những vị trí và mức độ hư hại trong kết
cấu.
Thông thường khi kết cấu bị hư hại thì những thơng số đặc trưng về động lực
học của kết cấu (tần số, dạng dao động, hệ số cản) sẽ bị thay đổi. Dựa trên những
đặc trưng dao động mà nhiều phương pháp chẩn đoán hư hại được đề xuất cho
nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó có vật liệu composite. Có thể kể ra một số

phương pháp điển hình như sau: Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số (Kessler
và cộng sự, 2002; Cawley và Adams 1979), phương pháp dựa trên đường cong dao
động (Hamey và cộng sự, 2004; Lestari và cộng sự, 2007), phương pháp dựa trên
năng lượng biến dạng mơ hình (Kumar và cộng sự, 2009; Hu và cộng sự, 2006),
phương pháp dựa trên ma trận độ mềm (Võ Duy Trung và cộng sự, 2015), và
phương pháp dựa trên dạng dao động (Moreno-García và cộng sự, 2014). Trong số
các phương pháp đó thì phương pháp DLV là một phương pháp chẩn đoán hư hại
Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

4

dựa trên năng lượng biến dạng, được đề xuất bởi Bernal (2002). Đây là một trong
những phương pháp đơn giản, thực tế và hiệu quả. Bởi vì, phương pháp DLV chỉ sử
dụng một chỉ số duy nhất là năng lượng tích lũy chuẩn hóa nce của phần tử để kết
luận hư hại hay không hư hại. Trong các nghiên cứu trước, phương pháp DLV được
sử dụng chủ yếu trong các bài toán chẩn đoán hư hại cho các kết cấu dầm (Oh và
cộng sự, 2015; Jayawardhana và cộng sự, 2015; Varmazyar và cộng sự, 2015), dàn
(Jang và cộng sự, 2007; Seyedpoor và Montazer, 2015), khung (Paultre và cộng sự,
2016; Seyedpoor và Yazdanpanah, 2015), v.v, và được làm từ những vật liệu thông
thường như thép, bê tông, v.v, còn đối với các kết cấu được làm từ vật liệu
composite nhiều lớp vẫn còn chưa phổ biến. Hơn nữa, phương pháp DLV nói riêng
hay nhóm các phương pháp chẩn đốn hư hại dựa trên thơng tin dao động nói
chung, đa số chỉ giới hạn việc xác định vị trí hư hại mà chưa xác định được mức độ
hư hại.
Những năm gần đây, bằng cách kết hợp giải thuật tối ưu hóa vào trong nghiên
cứu chẩn đốn hư hại, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp có thể xác
định cả vị trí và mức độ hư hại trong kết cấu nói chung và kết cấu composite nói

riêng. Ý tưởng chính của phương pháp này là chuyển một bài toán chẩn đoán hư hại
kết cấu thành một bài tốn tối ưu, trong đó hàm mục tiêu thường là sự thay đổi của
các tham số động lực học ở kết cấu bị hư hại so với kết cấu bình thường. Các biến
thiết kế thường là mức độ hư hại của các phần tử trong kết cấu. Một số nghiên cứu
liên quan đến phương pháp này có thể được kể ra như: Mohan và cộng sự (2013),
Kaveh và Maniat (2015), Kaveh và Zolghadr (2015), Zare Hosseinzadeh và cộng sự
(2016), Hosseinzadeh và cộng sự (2016), v.v. Hầu hết cho thấy rằng, phương pháp
chẩn đoán hư hại bằng các thuật toán tối ưu vẫn còn tồn tại một số hạn chế như độ
chính xác của các thuật tốn trong việc tìm kiếm nghiệm tồn cục, chi phí tính tốn
q tốn kém, sự khơng khả thi của thuật tốn khi giải bài tốn có số lượng biến thiết
kế lớn.

Chẩn đốn hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

5

Từ những hạn chế của nhóm phương pháp xác định hư hại dựa trên thông tin
dao động của kết cấu và nhóm phương pháp xác định cả vị trí và mức độ hư hại dựa
vào thuật toán tối ưu như đã đề cập ở trên, một phương pháp kết hợp cả hai nhóm
phương pháp đã được đề xuất. Trong giai đoạn thứ nhất của nhóm phương pháp
mới này, một phương pháp xác định vị trí hư hại được sử dụng để tìm vị trí có khả
năng hư hại. Sau đó, ở giai đoạn hai, một phương pháp xác định mức độ hư hại
được sử dụng để tìm mức độ hư hại của những vị trí đã được xác định ở giai đoạn
một. Kết quả đạt được ở giai đoạn hai sẽ là mức độ hư hại của các phần tử đã được
xác định trước. Như vậy, bằng cách kết hợp cả hai phương pháp lại, ta có thể xác
định cả vị trí và mức độ hư hại của kết cấu có nhiều phần tử. Trong nhóm phương
pháp mới này có nhiều nghiên cứu đã được thực hiện. Ví dụ như trong nghiên cứu

của Xiang và Liang (2012), Seyedpoor (2012), Lu và cộng sự (2013), Ravanfar và
cộng sự (2016), v.v. Tuy nhiên, các nghiên cứu đó có vẫn còn một số hạn chế như
(1) các phương pháp dùng để xác định vị trí hư hại thường là phương pháp phân
tích sóng wavelet, phương pháp khí động lực GLE, phương pháp đường cong dao
động, v.v. Những phương pháp chẩn đốn hư hại này chưa có tính thực tế, cần xác
định nhiều dạng dao động và có mơ hình toán học phức tạp; (2) các thuật toán tối ưu
dùng để xác định vị trí và mức độ hư hại thường là phương pháp GA, phương pháp
PSO, v.v. Những phương pháp tối ưu này là các phương pháp truyền thống nhưng
tồn tại khá nhiều nhược điểm. Trong khi đó hiện nay, đã có nhiều phương pháp cải
tiến và cho kết quả tốt hơn cả về độ chính xác và chi phí tính tốn. Theo (Hegerty
và cộng sự, 2009; Jones và Bouffet, 2007), trong các phương pháp tối ưu thì giải
thuật tiến hóa khác biệt DE là phương pháp nổi trội hơn các phương pháp tối ưu
khác như GA, PSO, ACO, v.v, vì DE cho kết quả tìm kiếm nhanh và chính xác hơn.
Phương pháp DE được áp dụng cho nhiều bài toán phức tạp trong nhiều lĩnh vực
khác nhau. Trong lĩnh vực chẩn đoán hư hại kết cấu, DE cũng đã được sử dụng như
minh họa trong các nghiên cứu của Seyedpoor và Yazdanpanah (2015), Paultre và
cộng sự (2016), Seyedpoor và Montazer (2016), v.v. Trong các nghiên cứu này, DE

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

6

được sử dụng cho kết cấu dầm, dàn, khung được làm từ vật liệu đẳng hướng và
chưa được sử dụng cho vật liệu composite.
Từ những nội dung đã trình bày ở trên có thể thấy rằng:
(1) Nghiên cứu chẩn đoán hư hại cho kết cấu composite nói chung và kết cấu
dầm composite nhiều lớp nói riêng là cần thiết.

(2) Nghiên cứu sử dụng phương pháp DLV cho dầm composite nhiều lớp chưa
được triển khai.
(3) Nghiên cứu sử dụng phương pháp tối ưu DE cho chẩn đoán hư hại cho dầm
composite nhiều lớp cũng chưa được triển khai phổ biến.
(4) Phương pháp hai giai đoạn kết hợp giữa DLV và DE để chẩn đoán cho kết
cấu dầm composite chưa được đề xuất bởi các tác giả khác.
Chính vì vậy trong luận văn này, tác giả đã đề xuất phương pháp chẩn đoán hư
hại hai giai đoạn kết hợp giữa DLV và DE cho kết cấu dầm composite nhiều lớp.
1.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Nghiên cứu chẩn đốn hư hại trong kết cấu composite nói chung và kết cấu dầm
composite nhiều lớp nói riêng đã được thế giới nghiên cứu trong nhiều thập kỷ qua.
Trong số các phương pháp được các nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu chẩn đốn
hư hại thì phương pháp dựa trên các tham số động lực học được quan tâm nhiều
nhất. Cụ thể có thể phân loại các phương pháp đó ra như sau:
a) Phương pháp dựa trên sự thay đổi tần số tự nhiên: Kết quả từ việc quan sát
các mối quan hệ tương quan giữa những đặc tính kết cấu với tần số tự nhiên cho
thấy khi kết cấu bị hư hại sẽ làm thay đổi các đặc tính của kết cấu và làm thay đổi
tần số tự nhiên của kết cấu (Montalvao và cộng sự, 2006). Cawley và Adams (1979)
đã dựa trên sự thay đổi của tần số ở dạng dao động thứ i và dạng dao động thứ j
trong tấm plastic có gia cường sợi carbon để đưa ra được một phương trình phát
hiện hư hại trong kết cấu tấm plastic. Tác giả đã sử dụng mô hình tính tốn dựa trên

Chẩn đốn hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

7

việc giảm độ cứng cục bộ và tìm cách làm giảm sai số của tần số đo được ở các

dạng dao động. Tuy nhiên, phương pháp của Cawley và Adams vẫn còn những hạn
chế nhất định như: vị trí hư hại có thể khơng chính xác và sự thay đổi hệ cản chưa
được xem xét tới. Messina và cộng sự (1998) đã chỉ ra rằng, vị trí hư hại có thể
được chẩn đốn chính xác hơn khi sự thay đổi của tần số trong kết cấu hư hại được
chuẩn hóa với tần số của kết cấu hoàn hảo.
Các nghiên cứu trên đã nhận định rằng, độ nhạy của tần số tự nhiên trong việc
chẩn đoán hư hại là rất thấp. Kết quả chẩn đoán chỉ đạt được khi mức độ hư hại
trong kết cấu khá lớn và các phép đo phải được thực hiện tương đối chính xác. Mức
độ chính xác của các phép đo tỷ lệ thuận với mức độ chính xác của kết quả chẩn
đốn.
b) Phương pháp dựa trên sự thay đổi của hình dạng dao động: Kim và cộng sự
(2003) đã kết hợp phương pháp chẩn đoán hư hại dựa trên tần số (FBDD) và
phương pháp chẩn đốn hư hại dựa trên hình dạng dao động (MBDD) để xác định
hư hại cho kết cấu dầm composite được làm từ bê tông. Kết quả của các phân tích
chỉ ra rằng, phương pháp FBDD và phương pháp MBDD có thể xác định đúng các
hư hại và ước lượng khá chính xác kích thước của các vết nứt mô phỏng trong các
thử nghiệm. Lazarov và Trendafilova (2004) đã chỉ ra rằng, các hình dạng dao động
và tần số riêng của kết cấu đều bị ảnh hưởng khi kết cấu bị hư hại. Từ mơ hình thực
nghiệm và phương pháp số, tác giả đã cho thấy rằng tần số tự nhiên của tấm mỏng
ảnh hưởng không đáng kể khi kết cấu bị hư hại. Tuy nhiên, đối với các dạng dao
động thì ngược lại, chúng bị thay đổi đáng kể khi kết cấu bị hư hại. Từ đó, các tác
giả đã đề xuất một chỉ số để xác định hư hại dựa trên sự thay đổi của các dạng dao
động. Araújo dos Santos cùng các cộng sự (2006) đã sử dụng chỉ số hư hại của
Lazarov và Trendafilova (2004) để chẩn đoán hư hại cho tấm composite nhiều lớp.
Việc sử dụng dạng dao động để chẩn đoán hư hại có phần dễ dàng hơn so với sử
dụng tần số tự nhiên, vì dạng dao động ít nhạy hơn với các thay đổi của môi trường
như nhiệt độ, độ ẩm, v.v. Tuy nhiên, việc sử dụng dạng dao động trong chẩn đoán
Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE

Chương 1 – Giới thiệu

8

hư hại cũng có nhiều hạn chế nhất định như: chi phí tốn kém nhiều do phải sử dụng
số lượng cảm biến để đo đạc các dạng dao động ở nhiều vị trí trên kết cấu, và quá
trình đo đạc hình dạng dao động cũng dễ bị nhiễu hơn so với đo đạc tần số tự nhiên.
Điều này làm cho kết quả thu được không được như mong đợi. Đồng thời, với các
hư hại có mức độ thấp, việc sử dụng các dạng dao động để chẩn đốn sẽ gặp khó
khăn hơn, do dạng dao động ít nhạy với kết cấu bị hư hại bé.
c) Phương pháp dựa trên đường cong dao động: Pandey và cộng sự của ông
(1991) đã giới thiệu phương pháp đường cong dao động (curvature mode shapes)
trong đó các tác giả đã sử dụng một hệ số mới để xác định vị trí và kích thước của
hư hại trong kết cấu dầm. Phương pháp đường cong dao động được tính tốn từ các
chuyển vị phần tử. Pandey đã chỉ ra rằng, sự thay đổi tuyệt đối của đường cong dao
động được định vị trong vùng hư hại và do đó nó được sử dụng để chẩn đoán hư hại
trong kết cấu. Những thay đổi trong đường cong dao động tỷ lệ thuận với kích
thước của hư hại. Tác giả cho rằng, có thể sử dụng mối tương quan trên để tìm ra số
lượng hư hại trong kết cấu. Hamey và cộng sự (2004) đã sử dụng hệ số độ cong của
dạng dao động để chẩn đoán hư hại cho dầm composite được làm từ carbon/epoxy.
Lestari và cộng sự (2007) tiếp tục nghiên cứu về đường cong của dạng dao động
cho dầm composite carbon/epoxy. Lestari đã đánh giá hư hại bằng việc kết hợp giữa
thực nghiệm và phân tích số. Nghiên cứu chỉ ra rằng, đường cong của dao động có
độ nhạy cao với các kết cấu bị hư hại với mức độ thấp. Đồng thời, nghiên cứu cũng
đưa ra nhận định rằng, các kỹ thuật sử dụng đường cong của dao động và vật liệu
điện áp piezo có thể được sử dụng hiệu quả trong việc xác định vị trí hư hại cho kết
cấu composite nhiều lớp.
d) Phương pháp dựa trên ma trận độ mềm: Pandey và Biswas (1994a) cho rằng,
hư hại trong một kết cấu làm thay đổi những đặc trưng động của nó như tần số, hình
dạng dao động, giá trị của lực cản (modal damping values). Các đại lượng đặc trưng

này được thể hiện qua các ma trận khối lượng, ma trận độ cứng, ma trận độ mềm.
Nghiên cứu đã xem ma trận độ mềm như là một phương pháp tiêu biểu khơng chỉ
Chẩn đốn hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

9

cho việc nhận dạng sự xuất hiện của hư hại mà còn định vị được hư hại trong kết
cấu. Khi độ cứng của kết cấu bị giảm sẽ làm gia tăng độ mềm trong kết cấu, và do
đó, tác giả đã tính tốn ma trận thay đổi độ mềm và từ đó so sánh ở các phần tử
khác nhau để chỉ ra phần tử bị hư hại là phần tử có độ mềm bị thay đổi nhiều nhất.
Pandey và Biswas khẳng định rằng, có thể ước tính được một cách chính xác và dễ
dàng hư hại từ một vài tần số của các dạng dao động bậc thấp. Điều này giúp cho
việc chẩn đoán dễ dàng hơn khi không cần phải xem xét ở các dạng dao động bậc
cao. Bernal (2002) đã đề xuất phương pháp DLV, trong đó tác giả đã sử dụng bộ tải
được rút ra từ sự thay đổi của ma trận độ mềm trong kết cấu hư hại và không hư hại
để xác định hư hỏng của kết cấu.
e) Phương pháp dựa trên năng lượng biến dạng: Có thể nói phương pháp năng
lượng biến dạng là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện
nay trong lĩnh vực chẩn đoán hư hại trong kết cấu. Doebling và cộng sự (1997) đã
xem xét năng lượng biến dạng của dạng dao động vào trong nghiên cứu chẩn đốn
kết cấu của mình. Các tác giả đã sử dụng một bảng xếp hạng các dạng dao động để
đo lường năng lượng biến dạng của dạng dao động. Nghiên cứu chỉ ra rằng một
chiến lược lựa chọn tối đa dạng dao động (MSS) dựa trên năng lượng biến dạng của
chúng sẽ cho kết quả chính xác hơn so với một chiến lược dựa trên tần số tối thiểu.
Shi và cộng sự (2000) đã sử dụng sự thay đổi của năng lượng biến dạng dao động
(MSE) để chẩn đoán hư hại cho kết cấu. Nghiên cứu đã chỉ ra vị trí hư hại một cách
rõ ràng bằng cách dựa trên MSE của mỗi phần tử trong kết cấu. Ảnh hưởng của

nhiễu trong quá trình đo lường cũng đã được xem xét đến. Tác giả cho rằng,
phương pháp MSE tương đối nhạy với nhiễu, nhưng nó có thể định vị được một
hoặc nhiều vị trí hư hại khác nhau trong cùng một kết cấu. Đồng thời nghiên cứu
cũng đã minh họa khả năng xác định cùng lúc hai vị trí hư hại với điều kiện là mức
độ hư hại tối đa ở mỗi vị trí là 14% và mức độ nhiễu đo lường phải nằm dưới mức
5%. Việc chẩn đoán hư hại trong kết cấu dầm composite nhiều lớp cũng đã được
Kumar và cộng sự (2009) sử dụng.

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

10

f) Phương pháp véc-tơ định vị hư hại (DLV)
Đây là một trong những phương pháp đơn giản, thực tế và hiệu quả được đề
xuất lần đầu tiên bởi Bernal (2002). Phương pháp DLV chỉ sử dụng một chỉ số duy
nhất là năng lượng tích lũy chuẩn hóa nce của phần tử để kết luận hư hại hay khơng
hư hại. Bằng cách tính tốn một tập các véc-tơ tải từ sự thay đổi ma trận độ mềm
của kết cấu trước và sau khi hư hại, và sau đó đặt các bộ tải DLV dưới dạng các lực
tĩnh vào mơ hình phân tích khơng bị hư hại, thì vị trí hư hại của kết cấu sẽ được xác
định do năng lượng biến dạng sẽ bằng khơng. Từ đó có thể xác định được vị trí hư
hại của kết cấu. Trong các nghiên cứu trước, phương pháp DLV được sử dụng chủ
yếu trong các bài toán chẩn đoán hư hại cho các kết cấu dầm (Oh và cộng sự, 2015;
Jayawardhana và cộng sự, 2015; Varmazyar và cộng sự, 2015), dàn (Jang và cộng
sự, 2007; Seyedpoor và Montazer, 2015), khung (Paultre và cộng sự, 2016;
Seyedpoor và Yazdanpanah, 2015), v.v, và được làm từ những vật liệu thông
thường như thép, bê tông, v.v. Tuy nhiên đối với các kết cấu được làm từ vật liệu
composite nhiều lớp thì phương pháp DLV vẫn chưa được nghiên cứu. Ngồi ra,

phương pháp DLV nói riêng hay nhóm các phương pháp chẩn đốn hư hại dựa trên
thơng tin dao động nói chung, đa số chỉ giới hạn việc xác định vị trí hư hại mà chưa
xác định được mức độ hư hại.
Những năm gần đây, bằng cách kết hợp giải thuật tối ưu hóa vào trong nghiên
cứu chẩn đoán hư hại, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp có thể xác
định cả vị trí và mức độ hư hại trong kết cấu nói chung và kết cấu composite nói
riêng. Ý tưởng chính của phương pháp này là chuyển một bài toán chẩn đoán hư hại
kết cấu thành một bài toán tối ưu, trong đó hàm mục tiêu thường là sự thay đổi của
các tham số động lực học ở kết cấu bị hư hại so với kết cấu bình thường; Các biến
thiết kế thường là mức độ hư hại của các phần tử trong kết cấu. Một số nghiên cứu
liên quan đến phương pháp này có thể được kể ra như:

Chẩn đốn hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

11

Mohan và cộng sự (2013) đã thực hiện việc chẩn đoán hư hại cho kết cấu dầm
và khung phẳng bằng phương pháp sử dụng hàm ứng xử tần số (FRF - Frequency
Response Function) kết hợp với thuật toán tối ưu PSO.
Khatir và cộng sự (2015) đã sử dụng thuật toán di truyền GA để xác định vị trí
và mức độ hư hại cho kết cấu dầm. Nghiên cứu sử dụng hàm mục tiêu dựa vào tần
số tự nhiên của hệ kết cấu. Kết quả kiểm tra cho thấy phương pháp khá tốt nếu dữ
liệu được đo chính xác. Tuy nhiên, phương pháp lại khơng tốt khi bài tốn có xét
đến yếu tố nhiễu.
Hosseinzadeh và cộng sự (2016) đã thực hiện chẩn đoán hư hại cho kết cấu dàn
sử dụng các cảm biến (sensor) với số lượng giới hạn, bằng phương pháp tối ưu hóa
DPSO (đây là phương pháp được cải tiến cho phương pháp PSO truyền thống).

Nghiên cứu đã sử dụng hàm mục tiêu từ chỉ số MAC kết hợp với ma trận độ mềm
của mô hình. Kết quả nghiên cứu cho thấy đây là phương pháp thực nghiệm cho kết
quả tốt. Tất cả các trường hợp khảo sát đều có sai số nhỏ hơn 5% so với kết quả từ
mơ hình lý thuyết.
Từ những hạn chế của nhóm phương pháp xác định hư hại dựa trên thơng tin
dao động của kết cấu và nhóm phương pháp xác định cả vị trí và mức độ hư hại dựa
vào thuật toán tối ưu như đã đề cập ở trên, một phương pháp kết hợp cả hai nhóm
phương pháp đã được đề xuất. Một số nghiên cứu trước có thể trình bày như sau:
Nghiên cứu của Seyedpoor và cộng sự năm 2012, về “Một phương pháp hai
giai đoạn để phát hiện hư hại kết cấu bằng cách sử dụng năng lượng biến dạng và
tối ưu hóa bầy đàn” (Seyedpoor, 2012b). Trong nghiên cứu này, một phương pháp
hai giai đoạn được đề xuất để xác định vị trí và mức độ hư hại cho một số loại kết
cấu. Ở giai đoạn đầu, một chỉ số dựa trên năng lượng biến dạng của dạng dao động
(MSEBI) được trình bày để xác định vị trí các hư hại cuối cùng của một kết cấu.
Năng lượng biến dạng được tính tốn bằng cách sử dụng các thơng tin phân tích
được lấy từ một mơ hình phần tử hữu hạn. Ở giai đoạn hai, mức độ hư hại thực tế
Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

12

được xác định thông qua phương pháp tối ưu hóa bầy đàn (PSO) bằng cách sử dụng
kết quả trong giai đoạn thứ nhất. Kết quả số chỉ ra rằng sự kết hợp của MSEBI và
PSO có thể cung cấp một công cụ đáng tin cậy để xác định khá chính xác các hư hại
trong kết cấu.
Xiang và Liang (2012) đã sử dụng phương pháp hai giai đoạn để chẩn đoán hư
hại cho kết cấu tấm. Ở giai đoạn đầu, nghiên cứu sử dụng phương pháp 2D-GLE để
xác định vị trí và số lượng hư hại của tấm. Trong giai đoạn hai, nghiên cứu sử dụng

phương pháp tối ưu bầy ong nhân tạo (ABC) để xác định mức độ hư hại, với hàm
mục tiêu được thành lập dựa trên tần số dao động của kết cấu. Nghiên cứu đã thu
được kết quả tốt ở giai đoạn một, tuy nhiên ở giai đoạn hai, kết quả về mức độ hư
hại vẫn còn cho sai số lớn.
Lu và cộng sự (2013) đã sử dụng phương pháp hai giai đoạn để xác định vết nứt
trong dầm công xôn được làm từ thép. Trong giai đoạn một, nghiên cứu xác định vị
trí của vết nứt bằng cách so sánh sự khác biệt của đường cong dạng dao động giữa
mơ hình hư hại và mơ hình khơng hư hại. Giai đoạn hai xác định độ sâu của vết nứt
bằng những phân tích dựa trên phản ứng về độ nhạy của mơ hình. Kết quả nghiên
cứu cho thấy phương pháp xác định đúng vị trí hư hại.
Ravanfar và cộng sự (2016) đã thực hiện nghiên cứu chẩn đoán hư hại cho kết
cấu dầm sử dụng phương pháp hai giai đoạn. Giai đoạn đầu sử dụng một chỉ số liên
quan đến sóng wavelet để chỉ ra vị trí hư hại, và giai đoạn hai sử dụng thuật toán di
truyền GA để xác định mức độ hư hại tại những vị trí đã xác định. Kết quả khảo sát
cho thấy phương pháp hai giai đoạn này rất tốt và tiềm năng.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
Sơ lược tình hình nghiên cứu trong nước cho thấy cũng có một số nghiên cứu
về chẩn đốn hư hại kết cấu. Hầu hết các nghiên cứu áp dụng các phương pháp
truyền thống như phương pháp phân tích sóng wavelet. Ngồi ra, cũng có một số ít

Chẩn đốn hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE


Chương 1 – Giới thiệu

13

nghiên cứu sử dụng các phương pháp mới như năng lượng biến dạng. Tuy nhiên,
các phương pháp này chỉ giới hạn ở việc xác định vị trí hư hại của kết cấu và chỉ có
một nghiên cứu sử dụng thuật toán tối ưu vào việc chẩn đoán hư hại để xác định độ

sâu vết nứt của dầm công xôn. Cụ thể, một số nghiên cứu tiêu biểu trong nước có
thể được kể đến như sau:
Lê Xuân Hằng và Nguyễn Thị Hiền Lương (2009) đã thực hiện “Phân tích và
chẩn đốn dầm đàn hồi có nhiều vết nứt”. Bài báo sử dụng thuật toán di truyền để
xác định vị trí và chiều sâu của các vết nứt trong dầm công xôn. Các tác giả đã giả
thuyết độ mềm cục bộ của các phần tử có vết nứt tăng lên để tính tốn ma trận độ
cứng của phần tử có vết nứt. Hàm mục tiêu được đề xuất dựa trên sự chênh lệch về
tần số của kết cấu đo đạc thực tế với tần số của kết cấu tính tốn được từ mơ hình.
Từ đó, vị trí và chiều sâu của vết nứt được tính bằng cách tối thiểu hóa hàm mục
tiêu. Kết quả thu được tương đối chính xác, nhưng tốc độ hội tụ của phương pháp
cịn chậm do những hạn chế của giải thuật di truyền.
Trần Văn Liên và Trần Tuấn Khôi (2011) đã thực hiện “Kiểm tra thực nghiệm
phương pháp xác định vết nứt trong dầm chịu uốn bằng phân tích wavelet của các
chuyển vị tĩnh”. Tác giả đã sử dụng kết quả thực nghiệm để khẳng định Phương
pháp xác định vết nứt trong dầm chịu uốn bằng phân tích wavelet của các chuyển vị
tĩnh có thể được áp dụng trong thực tế.
Trần Văn Liên và Trịnh Anh Hào (2014) đã thực hiện “Xác định vết nứt trong
kết cấu hệ thanh bằng phân tích wavelet dừng đối với chuyển vị động”. Các tác giả
đã nghiên cứu về việc xác định vết nứt trong các kết cấu hệ thanh như dầm liên tục,
khung, v.v, bằng phương pháp dựa trên phân tích wavelet dừng đối với các chuyển
vị động. Trong nghiên cứu này, tác giả đã kết hợp phương pháp độ cứng động lực
với phương pháp ma trận chuyển sử dụng các mơ hình lị xo của vết nứt để xác định
các chuyển vị, thông qua mô hình phần tử thanh đàn hồi có nhiều vết nứt chịu kéo,
nén, xoắn và uốn. Từ các kết quả tính toán thu được, tác giả đã khẳng định phương

Chẩn đoán hư hại dầm composite nhiều lớp sử dụng phương pháp DLV và DE