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

Vật liệu composite mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng chịu nhiệt, chịu mỏi và độ cứng cao. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong ngành hàng không, xây dựng, và giao thông. Việc sử dụng composite thay thế vật liệu truyền thống giúp giảm trọng lượng kết cấu, tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì. Tuy nhiên, việc chẩn đoán hư hỏng kết cấu composite phức tạp hơn so với vật liệu truyền thống.

Khi dầm composite bị hư hại, độ cứng giảm đáng kể, có thể dẫn đến sập đổ và gây thiệt hại lớn. Việc phát hiện sớm hư hỏng giúp ngăn chặn tai nạn và giảm chi phí sửa chữa. Chẩn đoán hư hại dầm composite là bước quan trọng để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ công trình, nhất là khi có nhiều sự cố đáng tiếc xảy ra liên quan đến kết cấu sử dụng vật liệu composite do những hư hại không được dự báo trước.

Vật liệu composite có thể duy trì hình dạng ban đầu ngay cả khi mất tới 60% độ cứng, gây khó khăn cho việc phát hiện hư hỏng. Các khuyết tật trong quá trình sản xuất cũng có thể ảnh hưởng đến độ bền của kết cấu. Do đó, cần có các phương pháp chẩn đoán tiên tiến và chính xác để xác định vị trí và mức độ hư hỏng.

Hiện nay, có nhiều phương pháp chẩn đoán hư hại dầm composite, bao gồm phân tích tần số, phân tích dạng dao động, và sử dụng thuật toán tối ưu. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Cần kết hợp nhiều phương pháp để tăng độ chính xác và tin cậy của kết quả.

Các phương pháp truyền thống thường chỉ tập trung vào việc xác định vị trí hư hại mà không định lượng được mức độ hư hỏng. Một số phương pháp đòi hỏi thiết bị đo đạc phức tạp và tốn kém. Độ chính xác của các phương pháp này cũng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu và các yếu tố môi trường.

Sự phát triển của vật liệu composite đòi hỏi các phương pháp chẩn đoán tiên tiến hơn. Các phương pháp mới cần có khả năng xác định cả vị trí và mức độ hư hại, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và các yếu tố khác. Phương pháp DLV và DE được đề xuất là một giải pháp tiềm năng để giải quyết các hạn chế của phương pháp truyền thống.

Phương pháp DLV tính toán sự thay đổi năng lượng biến dạng giữa trạng thái nguyên vẹn và trạng thái hư hỏng của kết cấu. Các phần tử có sự thay đổi năng lượng lớn được xác định là vị trí hư hại tiềm năng. DLV sử dụng phần tử hữu hạn để mô phỏng dầm composite và tính toán năng lượng biến dạng.

Ưu điểm của phương pháp DLV là dễ thực hiện, không đòi hỏi nhiều thông tin về vật liệu và kết cấu. Phương pháp này cũng ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu so với các phương pháp dựa trên tần số. DLV có thể được áp dụng cho nhiều loại kết cấu khác nhau.

Phương pháp DLV chỉ có thể xác định vị trí hư hại mà không định lượng được mức độ hư hỏng. Độ chính xác của DLV có thể bị ảnh hưởng bởi số lượng phần tử hữu hạn và độ mịn của lưới. Cần kết hợp DLV với các phương pháp khác để chẩn đoán hư hại toàn diện.

Giải thuật DE tạo ra một quần thể các giải pháp tiềm năng và sử dụng các phép toán di truyền (đột biến, lai ghép, chọn lọc) để cải thiện các giải pháp này qua các thế hệ. Hàm mục tiêu thường là sự sai khác giữa tần số dao động thực tế và tần số dao động tính toán từ mô hình. DE sẽ tối ưu hóa các tham số hư hỏng để giảm thiểu hàm mục tiêu này.

Ưu điểm của giải thuật DE là khả năng tìm kiếm nghiệm toàn cục tốt, ít phụ thuộc vào giá trị khởi tạo ban đầu. DE có thể xử lý các bài toán tối ưu phức tạp với nhiều biến thiết kế. DE cũng tương đối dễ cài đặt và sử dụng.

Nhược điểm của giải thuật DE là chi phí tính toán có thể lớn đối với các bài toán phức tạp. Độ chính xác của DE có thể bị ảnh hưởng bởi các tham số điều khiển của thuật toán (kích thước quần thể, xác suất đột biến, xác suất lai ghép). Cần điều chỉnh các tham số này để đạt được kết quả tốt nhất.

Quy trình bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình phần tử hữu hạn của dầm composite. Sau đó, DLV được sử dụng để xác định các vị trí hư hại tiềm năng. Tiếp theo, DE được áp dụng để tối ưu hóa mức độ hư hỏng tại các vị trí này. Cuối cùng, kết quả được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác.

Phương pháp kết hợp DLV và DE khắc phục được những hạn chế của các phương pháp đơn lẻ. DLV giúp giảm số lượng biến thiết kế cho DE, giúp giảm chi phí tính toán. DE giúp định lượng mức độ hư hỏng, cung cấp thông tin chi tiết hơn so với DLV. Sự kết hợp này mang lại độ chính xác cao và hiệu quả.

Độ chính xác của phương pháp kết hợp DLV và DE phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ chính xác của mô hình phần tử hữu hạn, chất lượng của dữ liệu thực nghiệm, và các tham số điều khiển của thuật toán DE. Cần kiểm soát các yếu tố này để đảm bảo kết quả chẩn đoán tin cậy.

Nghiên cứu đã thành công trong việc kết hợp DLV và DE để chẩn đoán hư hại dầm composite. Kết quả cho thấy phương pháp này có thể xác định cả vị trí và mức độ hư hại một cách hiệu quả. Nghiên cứu này cung cấp một công cụ hữu ích cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kết cấu composite.

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào dầm composite đơn giản. Cần mở rộng phương pháp cho các kết cấu phức tạp hơn. Cần nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) đến độ chính xác của phương pháp. Nên kết hợp phương pháp với các kỹ thuật chẩn đoán không phá hủy (NDT) để tăng độ tin cậy.

Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc sử dụng học máy (Machine Learning) để tự động hóa quy trình chẩn đoán. Cần nghiên cứu các giải thuật tối ưu hóa khác để cải thiện hiệu suất của DE. Nên phát triển các cảm biến thông minh để thu thập dữ liệu động lực học chính xác hơn. Nghiên cứu cũng có thể mở rộng sang các loại vật liệu composite khác.