فهرست مطالبفصل اول: مقدمه 1فصل دوم: پيشينه تحقيق 72-1- مروري بر تحقيقات گذشته 92-2- هدف 13فصل سوم: تحليل معکوس 153-1- مفاهيم اساسي تحليل معکوس 173-2- تحليل معکوس و هموارسازي (تيخونوف) 213-3- معادلات حاکم بر تغيير فرم ديناميکي ورق با درنظر گرفتن ضريب ميرايي 23فصل چهارم: روش انجام تحقيق 274-1- روش انجام تحليل معکوس 294-2- شناسايي بار ديناميکي 304-3- ماتريس حساسيت 344-4- محاسبه ضريب هموارسازي 354-5- هموارسازي ثانويه 354-6- شناسايي محل اثر نيرو 37فصل پنجم: مفاهيم اندازهگيري با کرنشسنج 435-1- مقدمه 455-2- محاسبه کرنش 505-3- رز کرنش 545-4- گونههاي مختلف پل وتستون 565-5- متعادل کردن پل وتستون 595-6- کاليبره کردن 625-7- مفاهيم تقويت‌کنندهها 645-8- انواع نويز 685-9- سيستم ثبت داده و مکانيزم اندازهگيري کرنش در اين پاياننامه69فصل ششم: مثالهاي حل شده 736-1- مقدمه 756-2- مثالهاي مدلسازي شده جهت محاسبه توزيع زماني نيرو با نرم افزار انسيس 756-3- مثالهاي مدلسازي شده جهت شناسايي محل اثر نيرو با نرم افزار انسيس 936-4- مثالهاي محاسبه توزيع زماني نيرو با نتايج آزمايشگاهي 106فصل هفتم: نتيجهگيري و پيشنهادات 121- فهرست منابع 126- چکيده به زبان انگليسي 141 فهرست جدولها عنوان و شماره صفحهجدول (5-1): مشخصات کرنشسنجهاي مقاومتي 49جدول (5-2):آرايش مختلف پل وتستون جهت کرنشسنج 57جدول (5-3): مقاومتهاي شانت 63جدول (6-1): فرکانسهاي طبيعي ورق دو سر گيردار 78جدول (6-2): خطاي نيروي محاسبه شده از حل معکوس 87جدول (6-3): مقايسه تکانه براي نقطه دو، ضريب هموارسازي ميانيو ضربه از ارتفاع 55 ميليمتري 110جدول (6-4): مقايسه تکانه براي نقطه دو، ضريب هموارسازي ميانيو ضربه از ارتفاع 103 ميليمتري 111جدول (6-5): مقايسه تکانه براي نقطه دو، ضريب هموارسازي ميانيو ضربه از ارتفاع 148 ميليمتري 112جدول (6-6): مقايسه تکانه براي نقطه يک، ضريب هموارسازي ميانيو ضربه از ارتفاع 55 ميليمتري 113جدول (6-7): مقايسه تکانه براي نقطه يک، ضريب هموارسازي ميانيو ضربه از ارتفاع 103 ميليمتري 114جدول (6-8): مقايسه تکانه براي نقطه يک، ضريب هموارسازي ميانيو ضربه از ارتفاع 148 ميليمتري 115جدول (6-9): مقايسه نتيجه تکانه اندازهگيري شده با ضريب هموارسازي متفاوت 117 فهرست شكلها عنوان و شماره صفحهشکل(4-1): بيان تصويري شناسايي سريع، علامت دايره شناسايي مرحله اول، پنج ضلعي شناسايي مرحله دوم و مثلث شناسايي مرحله سوم ميباشد 40شکل (5-1): اندازهگيري کرنش به روش خط کشي 46شکل (5-2): اندازهگيري کرنش در روش ترد 46شکل (5-3): کرنشسنج مقاومتي- الکتريکي 47شکل (5-4): کرنشسنج نوري و مکانيکي 47شکل (5-5): تغيير مقاومت براساس تغيير طول 47شکل (5-6): اجزاي تشکيل دهنده کرنشسنج مقاومتي 49شکل (5-7): پل وتستون 51شکل (5-8): ربع پل، وتستون 52شکل (5-9): نيم پل، وتستون 52شکل (5-10): تمام پل، وتستون 53شکل (5-11): رز کرنشسنج 55شکل (5-13): انواع کرنشسنج الکتريکي- مقاومتي 56شکل (5-13): تاثير کرنش حرارتي بر خروجي حسگر 56شکل (5-14): تاثير مقاومت سيم بر پل وتستون 60شکل (5-15): روشهاي متعادل کردن پل وتستون 61شکل (5-16): شماتيکآمپليفاير 65شکل (5-17):تقويت‌کننده مستقيم 65شکل (5-18): تقويت‌کننده معکوس 66شکل (5-19): تقويت‌کننده تفاضلي 66شکل (5-20): تقويت‌کننده کم نويز و پل وتستون 67شکل(5-21): نماي داخلي تقويت‌کننده کم نويز 67شکل (5-22): نمودار توزيع انرژي نويز گوسي 68شکل (5-23): کرنش سنج نصب شده 70شکل (5-24): سيمهاي رابط 71شکل (5-25): قسمتهاي تقويت‌کننده 71شکل (5-26): دستگاه ثبت دادهها 72شکل (5-27): مکانيزم اندازهگيري کرنش 72شکل(6-1): کرنش ايجاد شده ناشي از اعمال بار مثلثي 35 نيوتني در بازه 30 ميليثانيه با ضرايب ميرايي ساختاري متفاوت که عدد بعد از ضريب ميرايي ساختاري ميباشد76شکل (6-2): ورق مستطيلي مورد مطالعه با شرايط مرزي دو سر گيردار 77شکل (6-3): نيرو اعمال شده و نيروي شناسايي شده در بازه 100 ميلي ثانيه با در نظر گرفتن ضريب هموارسازي مياني و ضريب هموارسازي ثانويه 5/0 79شکل (6-4): نيروي اعمال شده و نيروي شناسايي شده در بازه 30 ميلي ثانيه با در نظر گرفتن ضريب هموارسازي مياني و ضريب هموارسازي ثانويه 5/0 80شکل (6-5): نيروي اعمال شده و نيروي شناسايي شده در بازه 16 ميلي ثانيه با در نظر گرفتن ضريب هموارسازي مياني و ضريب هموارسازي ثانويه 5/0 81شکل (6-6): نيروي اعمال شده و نيروي شناسايي شده در بازه 8 ميلي ثانيه با در نظر گرفتن ضريب هموارسازي مياني و ضريب هموارسازي ثانويه 5/0 81شکل (6-7): نيروي اعمال شده و نيروي شناسايي شده در بازه 2 ميلي ثانيه با در نظر گرفتن ضريب هموارسازي مياني و ضريب هموارسازي ثانويه 5/0 82شکل(6-8): کرنش خروجي انسيس با ضرايب ميرايي متفاوت در بازه 50 ميلي ثانيه و 50 بار نمونه برداري در حل زمانمند که عدد بعد از ضريب ميرايي ساختاري ميباشد83شکل(6-9): نيروي محاسبه شده با استفاده از کرنش با ضرايب ميرايي متفاوت، بعد از هموارسازي مياني با ضريب هموارسازي مياني و عدد بعد از ضريب ميرايي ميباشد 84شکل(6-10): نيروي محاسبه شده با استفاده از کرنش با ضرايب ميرايي متفاوت، با ضريب هموارسازي ثانويه 5/0 85شکل(6-11): کرنش همراه با خطا و کرنش دقيق خروجي انسيس، که عدد بعد از مقدار خطاي اضافه شده است 86شکل(6-12): کرنش همراه با خطا که با ضريب 5/0 هموارسازي شده و کرنش دقيق خروجي انسيس، که عدد بعد از مقدار خطاي اضافه شده است 86شکل(6-13): نيروي محاسبه شده با استفاده از کرنش همراه با خطا 88شکل(6-14): محل نصب کرنشسنج 89شکل(6-15): نيروي محاسبه با استفاده از دادههاي کرنشسنجها با ضريب هموارسازي مياني و هموارسازي ثانويه 5/0 90شکل(6-16): نيروي محاسبه شده کرنش با ضريب ميرايي 001/0 ، با استفاده از ماتريس حساسيتهاي متفاوت، ضريب هموارسازي مياني و هموارسازي ثانويه 5/0 91شکل (6-17): نيروي محاسبه شده کرنش با ضريب ميرايي 01/0 ، با استفاده از ماتريس حساسيتهاي متفاوت، ضريب هموارسازي مياني و هموارسازي ثانويه 5/0 92شکل (6-18): ورق مورد بررسي و محل نصب کرنشسنجها 94شکل (6-19): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي صفر، ضريب ميرايي 0 95شکل (6-20): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 5 درصد، ضريب ميرايي 0 95شکل (6-21): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 10 درصد، ضريب ميرايي 0 96شکل (6-22): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 25 درصد، ضريب ميرايي 0 96شکل (6-23): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي صفر، ضريب ميرايي 001/0 97شکل (6-24): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 5 درصد، ضريب ميرايي 001/0 98شکل (6-25): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 10 درصد، ضريب ميرايي 001/0 98شکل (6-26): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 25 درصد، ضريب ميرايي 001/0 98شکل (6-27): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي صفر، ضريب ميرايي 1/0 99شکل (6-28): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 5 درصد، ضريب ميرايي 1/0 99شکل (6-29): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 10 درصد، ضريب ميرايي 1/0 100شکل (6-30): شناسايي محل اعمال نيرو با خطا 25 درصد، ضريب ميرايي 1/0 100شکل (6-31): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 5 درصد و دو حسگر 101شکل (6-32): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 5 درصد و سه حسگر 101شکل (6-33): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 5 درصد و چهار حسگر 102شکل (6-34): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 10 درصد و دو حسگر 102شکل (6-35): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 10 درصد و سه حسگر 103شکل (6-36): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 10 درصد و چهار حسگر 103شکل (6-37): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 25 درصد و دو حسگر 104شکل (6-38): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 25 درصد و سه حسگر 104شکل (6-39): شناسايي محل اعمال نيرو با خطاي 25 درصد و چهار حسگر 105شکل (6-40): ورق چهارطرف گيردار 106شکل (6-41): نقشه محل نصب کرنشسنجها و محل اعمال نيرو 107شکل (6-42): محل نصب کرنشسنجها و محل اعمال نيرو روي ورق چهارطرفگيردار108شکل (6-43): شيوه انجام آزمايش 109شکل (6-44): توزيع زماني نيروي محاسبه شده، نقطه دو، ضربه از ارتفاع 55 ميليمتري 110شکل (6-45): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده، نقطه دو، ضربه از ارتفاع 55 ميليمتري 111شکل (6-46): توزيع زماني نيروي محاسبه شده، نقطه دو، ضربه از ارتفاع 103 ميليمتري 111شکل (6-47): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده، نقطه دو، ضربه از ارتفاع 103 ميليمتري 112شکل (6-48): توزيع زماني نيروي محاسبه شده، نقطه دو، ضربه از ارتفاع 148 ميليمتري 112شکل (6-49): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده، نقطه دو، ضربه از ارتفاع 148 ميليمتري 113شکل (6-50): توزيع زماني نيروي محاسبه شده، نقطه يک، ضربه از ارتفاع 55 ميليمتري 114شکل (6-51): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده، نقطه يک، ضربه از ارتفاع 55 ميليمتري 114شکل (6-52): توزيع زماني نيروي محاسبه شده، نقطه يک، ضربه از ارتفاع 103 ميليمتري 115شکل (6-53): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده، نقطه يک، ضربه از ارتفاع 103 ميليمتري 115شکل (6-54): توزيع زماني نيروي محاسبه شده، نقطه يک، ضربه از ارتفاع 148 ميليمتري 116شکل (6-55): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده، نقطه يک، ضربه از ارتفاع 148 ميليمتري 116شکل (6-56): توزيع زماني نيروي محاسبه شده و ثبت شده با ضريب هموارسازي 117شکل (6-57): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده و ثبت شده با ضريب هموارسازي 118شکل (6-58): توزيع زماني نيروي محاسبه شده و ثبت شده با ضريب هموارسازي 118شکل (6-59): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده و ثبت شده با ضريب هموارسازي 119شکل (6-60): توزيع زماني نيروي محاسبه شده و ثبت شده با ضريب هموارسازي 119شکل (6-61): نمودار کرنش اندازهگيري شده و محاسبه شده و ثبت شده با ضريب هموارسازي 120 فهرستعلائمواختصارات علامت توضيحاتعدد شرط ماتريس Cضريب هموارسازي ميانيتابع هدف آناليز معکوسماتريس محاسبه شدهماتريس اندازهگيريبردار مجهولماتريس حساسيتماتريس محاسبه شده در ابتداي بازه زمانيبردار مجهول در ابتداي بازه زمانينيروي واحد سطحضريب ميراييخيزضخامت ورقطول ورقعرض ورقسختي خمشي ورقضريب پواسونمدول يانگمختصه عمودي ورقکرنش نرمال در راستايکرنش برشي در صفحهتعداد کرنشسنجتعداد نمونه برداري در بازه زمانزمان i ام نمونه برداريتعداد نقاط وارد شدن نيرونيروي اعمالي در زمان n و در نقطه i امشماره محل اعمال نيروکرنش اندازهگيري شده در زمان k ام و در نقطه i امکرنش تخمين زده شده در زمان k ام و در نقطه i امتفاضل برداري وبردار هموار شدهبردار نوسانيضريب هموارسازي ثانويهکرنش اوليهماتريس حساسيتتفاضل کرنش و کرنش اوليهمختصات محل نصب کرنشسنجمقاومت الکتريکيطولسطح مقطعچگاليفاکتور گيجولتاژ خروجيولتاژ خارجيزاويه چرخش المان در راستاي کرنش اصليتنش نرمالتنش برشيمقاومت شانت مقدمه همواره سوال از عامل پديد آورنده بعنوان يک سوال پويا در تماميزمينههاي علوم مطرح بوده است. با توجه به پيچيدگي و عوامل پيشبيني نشده و عدم تسلط همه جانبه بشر بر مسايل فيزيکي، شناخت عامل بوجود آورنده در بسياري از موارد ميسر نبوده است، لذا با توجه به نگاه جديد و پيشرفت اخير علوم مختلف، محققان و دانشمندان زيادي تلاش کردهاند تا مسايل را بصورت معکوس حل کنند و نگاهي ديگر به مسايل کلاسيک داشته باشند. البته راه پيچيده و طولاني، ولي دست يافتني است.ميزان آگاهي مهندسين طراح از توزيع زماني و محل اعمال بار ديناميکي، ارتباط مستقيم با نحوه کارکرد، قابليت اطمينان و سرويس پذيري سازههاي مختلف دارد. از آنجا که توزيع و محل اعمال بار ديناميکي و ضربه اي در بسياري از مسايل کاربردي مشخص نميباشد. معمولا چندين بارگذاري مختلف در مراحل تحليل و طراحي اينگونه مسايل در نظر گرفته ميشود. در روشهاي قديمي جهت شناسايي بار نيازمند دسترسي به محل اعمال نيرو ميباشد چرا که اين روشها بر مبناي دريافت و اندازهگيري مستقيم بار عمل ميکنند. همانگونه که مشخص است، دسترسي به محل اعمال نيرو در بعضي موارد پيچيده، در برخي حالات خطرناک و حتي غيرقابل دسترسي است. با توجه به نکته فوق روشهاي تحليل معکوس بسيار سودمند و کاربردي به نظر ميرسد. بطور کلي در تحليل معکوس با استفاده از چند حسگر دور از محل اعمال نيرو، پاسخ سازه اندازهگيري ميگردد و در نهايت پارامترهاي مورد بررسي محاسبه ميگردد.البته اندازهگيريها با دشواريهايي همراه است، چرا که عوامل زيادي در جهت تضعيف اثر نيرو و اغتشاش در آن وجود دارد. هرچقدر از محل اعمال نيرو دور شويم تاثير نيرو کاهش مييابد و در واقع حسگرها مقادير کمتري را نشان ميدهند اين فاصله در برخي مسايل با مقدار تضعيف شده رابطه خطي دارد و در برخي مسايل رابطه بصورت غيرخطي ميباشد. نکته قابل تامل اين است که اعمال بار در شرايط ايدهآل نبوده و توزيع زماني نيرو پيش از حل مساله معکوس غيرقابل پيشبيني است، همچنين اندازهگيري حسگر با خطا همراه است. تقويت، انتقال و آشکارسازي کميت اندازهگيري نيز مقداري خطا وارد مساله ميکند. البته خطاي محاسباتي نيز به اين خطاها افزوده ميشود. اينها عواملي است که باعث دشواري حل در مسايل معکوس ميگردد.هر چند که نخستين روشهاي ارائه شده جهت حل مسايل معکوس روشهاي تحليلي ميباشند، اما با توجه به دامنه محدود کاربرد آنها، روشهاي مبتني بر حل عددي بيشتر مورد استفاده قرار ميگيرند. از پرکاربردترين اين روشها ميتوان به روشهاي تفاضل محدود، المان محدود و المان مرزي، اشاره کرد. در تکنيکهاي استفاده شده در سالهاي اخير معمولا مساله معکوس به صورت يک مساله بهينهسازي فرمولبندي شده و سپس توسط يک روش عددي مناسب حل ميگردد.مهمترين چالش در حل مسائل معکوس، بدنهادگي[1] ذاتي مساله و نبود جواب يکتا براي آن، در بسياري از مسائل ميباشد. ويژگي بدنهادگي، شامل هر دو دسته مسائل دائمي و ديناميکي ميشود و باعث ميگردد تا اين مسائل حساسيت زيادي نسبت به خطاهاي نمونه برداري داشته باشند، بطوريکه وجود خطايي ناچيز در دادههاي نمونه برداري سبب ايجاد خطاي بزرگ در جواب مساله ميشود. علاوه بر اين، در مسائل ديناميکي به دليل ماهيت نوساني کميتهاي اندازهگيري شده (مانند کرنش و شتاب)، جوابهاي بدست آمده (بارهاي اعمالي به سازه) حساسيت بسيار زيادي به دادههاي ورودي خواهند داشت. اين امر در زماني که کميت اندازهگيري شده داراي نوسانات شديدي باشد آشکارتر است.يکي از مهمترين مسائل معکوس برآورد نيروي ديناميکي و ضربه وارد بر ورق ميباشد. البته اندازهگيري توزيع زماني نيروي وارده ميتواند در کاربردهاي عملي بسيار مفيد باشد، لذا تلاش ميشود توزيع زماني نيرو اندازهگيري شود و براي رفع مسايل تخصصيتر در زمينه ورق‌ها، به نظر ميرسد که شناسايي محل ضربه به روشي سريع و دقيق يکي از الزامات باشد. روش شناسايي محل نيرو در عين ساده بودن، جهت بالا بردن سرعت محاسبات، بايستي نوسان دادههاي اندازهگيري شده حداقل تاثير را برآن داشته باشد.در فصل دوم اين پاياننامه، پيشينه تحقيقاتي که در اين زمينه انجام شده است را مورد بررسي قرار ميدهيم.در فصل سوم تلاش شده است تا تئوري و روشهايي در مورد تئوري ديناميک ورق و حل معکوس بررسي و جمع آوري گردد.در فصل چهارم با نگاهي ريزبين به مساله معکوس ورق، تلاش شده است تئوري معکوس، جهت شناسايي توزيع زماني و شناسايي محل اثر نيرو مورد استفاده قرار گيرد.از آنجا که قسمتي از اين پاياننامه با آزمايش عملي و اندازهگيري کرنش همراه ميباشد، در فصل پنجم مکانيزمهاي اندازهگيري کرنش، مشکلات و راه حلهاي آن، مورد توجه قرار گرفته است.در فصل ششم، فاکتورهاي موثر بر شناسايي توزيع زماني نيرو و محل اثر نيرو بررسي شده است و يک مساله عملي بصورت معکوس حل گرديده است.در انتها در فصل هفتم نتيجهگيري و پيشنهادات جهت فعاليتهاي تحقيقاتي آينده آورد شده است.