Tài liệu Xác định hiện tượng lỏng bu lông trong chân tháp truyền tải điện sử dụng đáp ứng trở kháng và mạng nơ ron nhân tạo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DƯƠNG MINH HUY XÁC ĐỊNH HIỆN TƯỢNG LỎNG BU LÔNG TRONG CHÂN THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG ĐÁP ỨNG TRỞ KHÁNG VÀ MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng Mã số : 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2021 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Hồ Đức Duy TS. Huỳnh Thanh Cảnh Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Hồng Ân Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Nguyễn Trọng Phước Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa ĐHQG TP.HCM ngày 23 tháng 08 năm 2021 (trực tuyến). Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS. TS. Lương Văn Hải Chủ tịch 2. PGS. TS. Nguyễn Văn Hiếu Thư ký 3. TS. Nguyễn Hồng Ân Phản biện 1 4. PGS. TS. Nguyễn Trọng Phước Phản biện 2 5. PGS. TS. Hồ Đức Duy Ủy viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS. TS. Lương Văn Hải i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: DƯƠNG MINH HUY Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1995 Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng I. TÊN ĐỀ TÀI: MSHV : 1970076 Nơi sinh: Bình Định Mã số: 8580201 Xác định hiện tượng lỏng bu lông trong chân tháp truyền tải điện sử dụng đáp ứng trở kháng và mạng nơ-ron nhân tạo. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG 1. Tìm hiểu đáp ứng trở kháng cơ-điện của kết cấu và các phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu sử dụng đáp ứng trở kháng. 2. Tiến hành mô hình phần tử hữu hạn cho mẫu dầm thép để so sánh đáp ứng trở kháng giữa mô phỏng và thực nghiệm. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp mô phỏng. 3. Tiến hành mô hình phần tử hữu hạn cho chi tiết chân đế tháp truyền tải điện của một công trình trong thực tế với hư hỏng là sự giảm lỏng bu lông. 4. Sử dụng phương pháp trở kháng để chẩn đoán sự xuất hiện và vị trí bu lông bị lỏng. 5. Sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo để xác định mức độ hư hỏng của liên kết bu lông. III. NGÀYGIAO NHIỆM VỤ: 22/02/2021 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/08/2021 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: PGS.TS. HỒ ĐỨC DUY CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS. HUỲNH THANH CẢNH Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS. Hồ Đức Duy TS. Huỳnh Thanh Cảnh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS. Hồ Đức Duy và thầy TS. Huỳnh Thanh Cảnh, các thầy đã gợi ra các ý tưởng để hình thành nên đề tài này và cũng là người đã luôn kiên nhẫn chỉ dẫn, động viên và đốc thúc giúp tôi hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô trường Đại học Bách Khoa nói chung và các quý thầy cô khoa Kỹ thuật Xây dựng nói riêng, những người đã tạo điều kiện học tập và truyền đạt cho tôi các kiến thức quý báu trong quá trình học tập. Sau cùng tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn với ba mẹ, người thân trong gia đình đã luôn ủng hộ, làm chỗ dựa tinh thần cho tôi mỗi lúc khó khăn trong quá trình học tập và làm luận văn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 08 năm 2021. Học viên thực hiện Dương Minh Huy iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ XÁC ĐỊNH HIỆN TƯỢNG LỎNG BU LÔNG TRONG CHÂN THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG ĐÁP ỨNG TRỞ KHÁNG VÀ MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO Ngày nay, kết cấu thép được sử dụng rất phổ biến trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Trong đó, liên kết bu lông là loại liên kết được sử dụng chủ yếu để liên kết các cấu kiện. Trong quá trình sử dụng công trình, việc bu lông trong liên kết bị lỏng có thể gây hư hỏng cho công trình. Mục tiêu của luận văn này là chẩn đoán hiện tượng lỏng bu lông trong liên kết chân tháp truyền tải điện sử dụng phương pháp trở kháng và mạng nơ-ron nhân tạo. Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, học viên đã thực hiện các nội dung sau: 1. Mô phỏng mẫu dầm thép, khảo sát đáp ứng trở kháng trong miền tần số 1 - 30 kHz, để so sánh đáp ứng trở kháng giữa mô phỏng và thực nghiệm nhằm kiểm chứng độ tin cậy của phương pháp mô phỏng trở kháng. 2. Mô phỏng chi tiết liên kết chân cột tháp truyền tải điện với nhiều trường hợp hư hỏng khác nhau bằng cách cho bu lông giảm lỏng theo nhiều cấp độ khác nhau. Đáp ứng trở kháng được khảo sát trong nhiều miền tần số. 3. Sử dụng phương pháp trở kháng để chẩn đoán sự xuất hiện và vị trí bu lông bị lỏng. 4. Sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo để xác định mức độ hư hỏng của liên kết bu lông. 5. Xây dựng chương trình tự động khảo sát độ nhạy miền tần số. Nghiên cứu này cho thấy tính hiệu quả của phương pháp chẩn đoán đề xuất và ảnh hưởng của việc chọn miền tần số khảo sát đến độ chính xác của kết quả chẩn đoán. Ngoài ra, mức độ lỏng của bu lông được chẩn đoán chính xác khi sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo. iv ABSTRACT IDENTIFICATION OF BOLT LOOSENING IN POWER TRANSMISSION TOWER USING IMPEDANCE RESPONSES AND ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS Nowadays, steel structures are widely utilized in construction industry, in which, bolt connection is mainly used. In the structural sevice-life, one of the major causes of structural damage is the bolt loosening. The objective of this thesis is to identify the bolt loosening in a real power transmission tower by using impedance method and ANNs (Artificial Neural Networks). In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. 1. A steel beam is simulated in a frequency range of 1 - 30 kHz to compare the impedance responses between simulation and experiment, as a result, the reliability of the impedance simulation is vertified. 2. A base plate connection of real transmission tower is simulated with several bolt loosening scenarios. The impedance responses are considered in different frequency ranges. 3. The occurrence and location of bolt loosening are detected by impedance-based method. 4. The severity of bolt loosening is identified by Artificial Neural Networks. 5. A program is created to select automatically the frequency range. The results show that the effectiveness of the proposed method and the effect of frequency range selection to the results’ accuracy. In addition, the ANNs also accurately identified the severity of bolt loosening. v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng nghiên cứu được trình bày ở đây là do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS. Hồ Đức Duy và thầy TS. Huỳnh Thanh Cảnh. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác, ngoại trừ các nội dung luận văn đã trích dẫn từ các tài liệu tham khảo khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về các nội dung mà tôi đã thực hiện. Tp. HCM, ngày 05 tháng 08 năm 2021. Học viên thực hiện Dương Minh Huy vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................................... iii ABSTRACT ........................................................................................................................ iv LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................v MỤC LỤC........................................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................... ix DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................. xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................................ xvii CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU .................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ...................................................................................................................1 1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ...............................................................................4 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 4 1.2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 4 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...............................................................................5 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 5 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 5 1.4. Tính cần thiết và ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu ....................................................5 1.5. Cấu trúc luận văn ........................................................................................................6 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ................................................................................................7 2.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ...............................................................................7 2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ..........................................................................11 2.3. Tổng kết ....................................................................................................................15 CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................17 3.1. Phương pháp trở kháng .............................................................................................17 3.1.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 17 3.1.2. Sơ lược về PZT ............................................................................................... 18 vii 3.1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống SHM sử dụng PZT .................................... 19 3.2. Phương pháp đánh giá hư hỏng bằng trở kháng .......................................................21 3.3. Mạng nơ-ron nhân tạo: ..............................................................................................22 3.3.1. Giới thiệu mạng nơ-ron ................................................................................... 22 3.3.2. Mô hình của một nơ-ron nhân tạo ................................................................... 23 3.3.2.1. Mô hình của một nơ-ron nhân tạo ..............................................................23 3.3.2.2. Một số hàm truyền cơ bản..........................................................................24 3.3.2.3. Các kiểu mô hình mạng nơ-ron nhân tạo MLP..........................................26 3.3.2.4. Huấn luyện mạng nơ-ron nhân tạo.............................................................27 3.3.2.5. Các vấn đề trong xây dựng mạng nơ-ron ...................................................28 3.4. Phương pháp chuẩn đoán kết hợp phương pháp trở kháng cơ - điện và mạng nơ-ron nhân tạo: ...........................................................................................................................31 3.5. Công cụ nghiên cứu ..................................................................................................32 3.5.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS .......................................................................... 32 3.5.2. Giới thiệu một số loại phần tử .......................................................................... 32 3.5.2.1. Phần tử SOLID45 ......................................................................................32 3.5.2.2. Phần tử SOLID5 ........................................................................................33 3.5.3. Phần mềm IBM SPSS Statistics ...................................................................... 33 3.5.3.1. Giới thiệu: ..................................................................................................33 3.5.3.2. Các bước xây dựng mạng nơ-ron nhân tạo (ANNs) ..................................33 CHƯƠNG 4. CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT ...................................................................38 4.1. Bài toán 1: Dầm thép ................................................................................................38 4.1.1. Dầm thép không nứt ........................................................................................ 38 4.1.1.1. Thông số mô hình ......................................................................................38 4.1.1.2. Kết quả mô phỏng ......................................................................................40 4.1.1.3. Nhận xét .....................................................................................................41 4.1.2. Dầm thép nứt tại giữa dầm .............................................................................. 41 4.2. Bài toán 2: Chi tiết liên kết bu lông chân cột tháp thép truyền tải điện....................43 4.2.1. Thông số liên kết bu lông ................................................................................ 45 4.2.2. Trình tự tiến hành bài toán .............................................................................. 47 viii 4.2.3. Kết quả bài toán khảo sát ................................................................................ 49 4.2.4. Tính toán chỉ số đánh giá hư hỏng RMSD ...................................................... 52 4.2.5. Xây dựng mạng nơ-ron để chẩn đoán mức độ lỏng của bu lông .................... 73 4.2.5.1. Sử dụng mạng nơ-ron để chẩn đoán sự lỏng của bu lông 1 ......................75 4.2.5.2. Sử dụng mạng nơ-ron để chẩn đoán sự lỏng của bu lông 2 ......................81 4.2.5.3. Sử dụng mạng nơ-ron để chẩn đoán sự lỏng của bu lông 3 ......................87 4.2.5.4. Sử dụng mạng nơ-ron để chẩn đoán sự lỏng của bu lông 4 ......................92 4.2.6. Nhận xét và kết luận bài toán chi tiết liên kết bu lông chân cột tháp thép truyền tải điện ........................................................................................................................ 97 4.3. Chương trình tự động khảo sát độ nhạy miền tần số ................................................98 4.3.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 98 4.3.2. Hướng dẫn sử dụng và ví dụ ......................................................................... 100 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................107 5.1. Kết luận ...................................................................................................................107 5.2. Kiến nghị .................................................................................................................107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................109 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .............................................................................................114 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1. Đặc trưng vật liệu của PZT ................................................................................ 39 Bảng 4.2. Đặc trưng kích thước và vật liệu của mẫu dầm thép khảo sát ........................... 40 Bảng 4.3. Bảng trị số lực xiết bu lông neo ......................................................................... 46 Bảng 4.4. Lực căng trước danh nghĩa trong thân bu lông trong trường hợp bình thường và hư hỏng ............................................................................................................................... 46 Bảng 4.5. Đặc trưng của vật liệu thép ................................................................................ 46 Bảng 4.6. Đặc trưng của vật liệu bê tông ........................................................................... 47 Bảng 4.7. Đặc trưng của vật liệu PZT ................................................................................ 47 Bảng 4.8. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 10 – 100 kHz.... 53 Bảng 4.9. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 10 - 100 kHz .... 54 Bảng 4.10. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 10 - 100 kHz .. 55 Bảng 4.11. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 10 - 100 kHz .. 56 Bảng 4.12. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 15 - 25 kHz .... 57 Bảng 4.13. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 15 - 25 kHz .... 58 Bảng 4.14. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 15 - 25 kHz .... 59 Bảng 4.15. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 15 - 25 kHz .... 60 Bảng 4.16. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 25 - 35 kHz .... 61 Bảng 4.17. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 25 - 35 kHz .... 62 Bảng 4.18. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 25 - 35 kHz .... 63 Bảng 4.19. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 25 - 35 kHz .... 64 Bảng 4.20. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 50 - 60 kHz .... 65 Bảng 4.21. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 50 - 60 kHz .... 66 Bảng 4.22. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 50 - 60 kHz .... 67 Bảng 4.23. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 50 - 60 kHz .... 68 Bảng 4.24. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 80 - 90 kHz .... 69 Bảng 4.25. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 80 - 90 kHz .... 70 Bảng 4.26. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 80 - 90 kHz .... 71 x Bảng 4.27. Kết quả chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 80 - 90 kHz .... 72 Bảng 4.28. Đặc trưng vật liệu của PZT .............................................................................. 73 Bảng 4.29. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 ...................................................... 77 Bảng 4.30. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 ...................................................... 78 Bảng 4.31. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 ...................................................... 80 Bảng 4.32. Bảng tổng hợp kết quả chẩn đoán tại bu lông 1 .............................................. 80 Bảng 4.33. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 ...................................................... 82 Bảng 4.34. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 ...................................................... 84 Bảng 4.35. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 ...................................................... 85 Bảng 4.36. Bảng tổng hợp kết quả chẩn đoán tại bu lông 2 .............................................. 86 Bảng 4.37. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 ...................................................... 88 Bảng 4.38. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 ...................................................... 89 Bảng 4.39. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 ...................................................... 91 Bảng 4.40. Bảng tổng hợp kết quả chẩn đoán tại bu lông 3 .............................................. 92 Bảng 4.41. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 ...................................................... 93 Bảng 4.42. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 ...................................................... 95 Bảng 4.43. Bảng kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 ...................................................... 96 Bảng 4.44. Bảng tổng hợp kết quả chẩn đoán tại bu lông 4 .............................................. 97 xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Nhà thi đấu TDTT Phú Thọ .................................................................................. 1 Hình 1.2. Nút giao quận Long Biên – Nguyễn Văn Cừ (Hà Nội) (nguồn: Internet) ............ 2 Hình 1.3. Cột tháp sắt 500kV đỡ vượt sông Hậu cao 175m ................................................. 2 Hình 1.4. Liên kết bu lông trong tháp truyền tải điện .......................................................... 3 Hình 1.5. Một số hình ảnh hư hỏng của liên kết bu lông (nguồn: Internet) ......................... 4 Hình 2.1. Mô phỏng tấm tròn bằng nhôm và chi tiết liên kết bu lông trong nghiên cứu [28] ............................................................................................................................................. 12 Hình 2.2. Mô hình phần tử hữu hạn đầu neo cáp dự ứng lực [29] .................................... 12 Hình 2.3. Mô hình phần tử hữu hạn liên kết bu lông tại vị trí cột-xà ngang [31].............. 13 Hình 2.4. Mô hình phần tử hữu hạn vùng neo cáp dầm [32] ............................................. 13 Hình 2.5. Mô hình phần tử hữu hạn chi tiết vùng lấy đáp ứng trở kháng [33] .................. 14 Hình 2.6. Mô hình phần tử hữu hạn vùng neo cáp [36] ..................................................... 14 Hình 3.1. Nguyên lý hoạt động của vật liệu áp điện [39] .................................................. 17 Hình 3.2. Cấu trúc tinh thể của PZT (a) ở trạng thái bình thường, (b) dưới tác dụng của điện trường (nguồn: Internet) ............................................................................................. 18 Hình 3.3. Mô hình tương tác cơ điện giữa PZT và kết cấu chủ [1] ................................... 20 Hình 3.4. Mô hình mạng nơ-ron sinh học (nguồn: Internet) .............................................. 22 Hình 3.5. Cấu trúc nơ-ron nhân tạo (nguồn: Internet) ...................................................... 23 Hình 3.6. Đồ thị hàm đồng nhất (Identity function) (nguồn: Internet)............................... 24 Hình 3.7. Đồ thị hàm bước nhị phân (Binary step function) (nguồn: Internet) ................. 24 Hình 3.8. Đồ thị hàm Sigmoid (nguồn: Internet)................................................................ 25 Hình 3.9. Đồ thị hàm Hyperbolic Tangent (nguồn: Internet)............................................. 25 Hình 3.10. Cấu tạo mạng nơ-ron nhân tạo nhiều tầng (nguồn: Internet) .......................... 26 Hình 3.11. Mối liên hệ giữa sai số và kích thước mẫu (nguồn: Internet) .......................... 28 Hình 3.12. Sơ đồ phương pháp chuẩn đoán kết hợp phương pháp trở kháng cơ - điện và mạng nơ-ron nhân tạo ........................................................................................................ 31 Hình 3.13. Mô hình phần tử solid 45 dạng 8 nút ................................................................ 32 Hình 3.14. Mô hình phần tử solid 5 dạng 8 nút .................................................................. 33 xii Hình 3.15. Tạo các biến ...................................................................................................... 34 Hình 3.16. Khai báo giá trị biến ......................................................................................... 34 Hình 3.17. Chọn mạng ANNs MLP..................................................................................... 34 Hình 3.18. Thẻ Variables .................................................................................................... 35 Hình 3.19. Thẻ Partition ..................................................................................................... 35 Hình 3.20. Thẻ Architecture ............................................................................................... 36 Hình 3.21. Thẻ Training...................................................................................................... 36 Hình 3.22. Thẻ Save ............................................................................................................ 37 Hình 3.23. Thẻ Options ....................................................................................................... 37 Hình 4.1. Mẫu thí nghiệm dầm thép ................................................................................... 39 Hình 4.2. Máy phân tích trở kháng ..................................................................................... 39 Hình 4.3. Mô hình dầm thép bằng phần mềm ANSYS ........................................................ 40 Hình 4.4. Biểu đồ đáp ứng trở kháng của dầm trong miền tần số từ 1 kHz – 30 kHz........ 40 Hình 4.5. Biểu đồ so sánh kết quả đỉnh trở kháng giữa mô phỏng và thực nghiệm ........... 41 Hình 4.6. Mô hình dầm thép có vết nứt bằng phần mềm ANSYS ....................................... 41 Hình 4.7. Kết quả phân tích trở kháng của dầm có vết nứt ở miền tần số từ 1-30kHz ...... 42 Hình 4.8. Hình ảnh tổng thể trụ tháp truyền tải điện [40] ................................................. 43 Hình 4.9. Hình thức cột và sơ bộ tiết diện các thanh chính ............................................... 44 Hình 4.10. Hình ảnh chân cột thép truyền tải điện [40] .................................................... 44 Hình 4.11. Bản vẽ chi chân cột tháp truyền tải điện [40] .................................................. 45 Hình 4.12. Mô hình khảo sát............................................................................................... 48 Hình 4.13. Chia lưới phần tử chân cột thép và tấm PZT.................................................... 48 Hình 4.14. Mô hình đã được gắn điều kiện biên ................................................................ 48 Hình 4.15. Đáp ứng trở kháng của bu lông 1 trong miền tần số 10 – 100 kHz ................. 49 Hình 4.16. Đáp ứng trở kháng của bu lông 2 trong miền tần số 10 – 100 kHz ................. 50 Hình 4.17. Đáp ứng trở kháng của bu lông 3 trong miền tần số 10 – 100 kHz ................. 51 Hình 4.18. Đáp ứng trở kháng của bu lông 4 trong miền tần số 10 – 100 kHz ................. 52 Hình 4.19. Chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 10 - 100 kHz ............... 53 Hình 4.20. Chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 10 - 100 kHz ............... 54 xiii Hình 4.21. Chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 10 - 100 kHz ............... 55 Hình 4.22. Chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 10 - 100 kHz ............... 56 Hình 4.23. Chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 15 - 25 kHz ................. 57 Hình 4.24. Chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 15 – 25 kHz ................. 58 Hình 4.25. Chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 15 – 25 kHz ................. 59 Hình 4.26. Chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 15 – 25 kHz ................. 60 Hình 4.27. Chỉ số RMSD khi bu lông 1bị lỏng trong miền tần số 25 – 35 kH ................... 61 Hình 4.28. Chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 25 – 35 kHz ................. 62 Hình 4.29. Chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 25 – 35 kHz ................. 63 Hình 4.30. Chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 25 – 35 kHz ................. 64 Hình 4.31. Chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 50 – 60 kHz ................. 65 Hình 4.32. Chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 50 – 60 kHz ................. 66 Hình 4.33. Chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 50 – 60 kHz ................. 67 Hình 4.34. Chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 50 – 60 kHz ................. 68 Hình 4.35. Chỉ số RMSD khi bu lông 1 bị lỏng trong miền tần số 80 – 90 kHz ................. 69 Hình 4.36. Chỉ số RMSD khi bu lông 2 bị lỏng trong miền tần số 80 – 90 kHz ................. 70 Hình 4.37. Chỉ số RMSD khi bu lông 3 bị lỏng trong miền tần số 80 – 90 kHz ................. 71 Hình 4.38. Chỉ số RMSD khi bu lông 4 bị lỏng trong miền tần số 80 – 90 kHz ................. 72 Hình 4.39. Kiến trúc mạng ANNs MLP .............................................................................. 74 Hình 4.40. Lưu đồ xây dựng mạng nơ-ron ......................................................................... 75 Hình 4.41. Đáp ứng trở kháng bu lông 1 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D1 76 Hình 4.42. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 .................................................. 76 Hình 4.43. Đáp ứng trở kháng bu lông 1 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D2 77 Hình 4.44. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 .................................................. 78 Hình 4.45. Đáp ứng trở kháng bu lông 1 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D3 79 Hình 4.46. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 .................................................. 79 Hình 4.47. Kết quả chẩn đoán mức độ lỏng so với thực tế tại bu lông 1 ........................... 80 Hình 4.48. Đáp ứng trở kháng bu lông 2 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D1 81 Hình 4.49. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 .................................................. 82 xiv Hình 4.50. Đáp ứng trở kháng bu lông 2 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D2 83 Hình 4.51. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 .................................................. 83 Hình 4.52. Đáp ứng trở kháng bu lông 2 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D3 84 Hình 4.53. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 .................................................. 85 Hình 4.54. Kết quả chẩn đoán mức độ lỏng so với thực tế tại bu lông 2 ........................... 86 Hình 4.55. Đáp ứng trở kháng bu lông 3 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D1 87 Hình 4.56. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 .................................................. 87 Hình 4.57. Đáp ứng trở kháng bu lông 3 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D2 88 Hình 4.58. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 .................................................. 89 Hình 4.59. Đáp ứng trở kháng bu lông 3 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D3 90 Hình 4.60. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 .................................................. 90 Hình 4.61. Kết quả chẩn đoán mức độ lỏng so với thực tế tại bu lông 3 ........................... 91 Hình 4.62. Đáp ứng trở kháng bu lông 4 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D1 92 Hình 4.63 Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D1 ................................................... 93 Hình 4.64. Đáp ứng trở kháng bu lông 4 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D2 94 Hình 4.65 Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D2 ................................................... 94 Hình 4.66. Đáp ứng trở kháng bu lông 4 trong miền tần số 80-90 kHz để chẩn đoán D3 95 Hình 4.67. Biểu đồ kết quả huấn luyện và chẩn đoán D3 .................................................. 96 Hình 4.68. Kết quả chẩn đoán mức độ lỏng so với thực tế tại bu lông 4 ........................... 97 Hình 4.69. Lưu đồ chương trình khảo sát độ nhạy miền tần số ......................................... 99 Hình 4.70. File excel lưu trữ đáp ứng trở kháng từ phân tích sơ bộ ................................ 100 Hình 4.71. Giao diện chương trình ................................................................................... 101 Hình 4.72. Đáp ứng trở kháng của liên kết bu lông 1 trong miền tần số 10-100 kHz ứng với các trường hợp .................................................................................................................. 101 Hình 4.73. Kết quả khảo sát độ nhạy miền tần số của bu lông 1 ..................................... 102 Hình 4.74. Chỉ số RMSD của 4 bu lông trong miền tần số 46 – 55 kHz .......................... 102 Hình 4.75. Kết quả so sánh chỉ số RMSD của bu lông 1 trong miền tần số 46-55 kHz và 8090 kHz ............................................................................................................................... 103 Hình 4.76. Kết quả khảo sát độ nhạy miền tần số đối với bu lông 2 ................................ 103 Hình 4.77. Kết quả so sánh chỉ số RMSD của bu lông 2 trong miền tần số 84 - 93 kHz và 25 xv – 35 kHz ............................................................................................................................ 104 Hình 4.78. Kết quả khảo sát độ nhạy miền tần số đối với bu lông 3 ................................ 104 Hình 4.79. Kết quả so sánh chỉ số RMSD của bu lông 3 trong miền tần số 27 - 36 kHz và 80 –90 kHz ............................................................................................................................. 105 Hình 4.80. Kết quả khảo sát độ nhạy miền tần số đối với bu lông 4 ................................ 106 Hình 4.81. Kết quả so sánh chỉ số RMSD của bu lông 2 trong miền tần số 41 - 50 kHz và 80 – 90 kHz ............................................................................................................................ 106 xvi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANNs Artificial Neural Networks: mạng nơ-ron nhân tạo APDL The ANSYS Parametric Design Language: ngôn ngữ thiết kế tham số ANSYS CC Correlation Coefficient: hệ số tương quan CCD Correlation Coefficient Deviation: độ lệch hệ số tương quan EMI ElectroMechanical Impedance: trở kháng cơ-điện GUI Graphic User Interface: giao diện đồ họa người dùng MAPD Mean Absolute Percentage Deviation: trị tuyệt đối tỷ lệ độ lệch trung bình MLP MultiLayer Perceptron: perceptron nhiều lớp NDE Non-Destructive Evaluation: đánh giá không phá hủy NDT Non-Destructive Testing: thử nghiệm không phá hủy PZT Lead Zirconate Titanate (Pb, Zorconi, Titan): tấm vật liệu áp điện chì RMSD Root Mean Square Deviation: căn bậc 2 bình phương độ lệch trung bình SHM Structural Health Monitoring: chẩn đoán sức khỏe kết cấu SPSS Statistical Package for the Social Sciences: phần mềm phân tích thống kê xvii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Sij tensor ứng suất từ tác động cơ học Dj sự chuyển dịch về điện E Sijkl ma trận biến dạng đàn hồi ứng khi không có điện trường (E=0)  Tjkl là hằng số điện môi đo được khi không có tác động cơ học (T=0) d jkl ma trận hằng số ghép nối điện môi Tkl vec-tơ ứng suất Ek vec-tơ cường độ điện trường Y( ) sự dẫn nạp cơ - điện Zs () trở kháng cơ của kết cấu chủ Za () trở kháng cơ của PZT Y11E mô đun đàn hồi của PZT khi điện trường bằng 0 33 hằng số điện môi của PZT d31 hằng số áp điện của PZT tại ứng suất bằng 0 k số bước sóng wp chiều rộng tấm PZT lp chiều dài tấm PZT tp chiều dày tấm PZT  hệ số mất mát cản của tấm PZT  hệ số mất mát cản của tấm PZT V( ) điện áp đầu vào cho cảm biến PZT xviii I(  ) cường độ dòng điện Re Z (  ) phần thực của trở kháng cơ điện Im Z (  ) phần ảo của trở kháng cơ điện Z ( i ) trở kháng đo được trước khi xảy ra hư hỏng Z * ( i ) trở kháng đo được sau khi xảy ra hư hỏng