28588

شناسايي آسيب در ورق هاي نازك سوراخ دار فولادي با استفاده از امواج هدايت شده

دكتري

مهندسي عمران-مهندسي زلزله

1393

1402/3/8

دكتر غلامرضا قدرتي اميري

دكتر سيد علي سيد رزاقي

مهندسي عمران

امروزه پايش سلامت سازه¬هاي مهم، به يكي از مهمترين چالش¬هاي مهندسي تبديل شده است. چرا كه با افزايش اهميت سازه¬ها لزوم حفظ كارايي آن¬ها و در صورت اختلال، اطلاع رساني سريع مي¬تواند از بروز يك فاجعه جلوگيري نمايد. از ميان ايده¬هاي متفاوتي كه براي پايش سلامت سازه مطرح شده است، روش¬هاي شناسايي آسيب با استفاده از امواج لمب مورد توجه بسياري از محققين واقع شده است. از آنجائيكه در پايش سازه به روش¬هاي متداول انتشار امواج لمب، داده¬هاي شرايط كنوني با داده¬هاي اوليه مورد مقايسه قرار مي¬گيرند و تغييرات پارامترهاي شرايط محيطي و شرايط كاري تاثير بسزايي روي داده¬هاي دريافتي از سازه خواهد داشت، لذا اخيرا توجه محققين زيادي به روش¬هاي تشخيص آسيب بدون وابسته به داده¬هاي اوليه جلب گرديده است. در اين تحقيق نيز تمركز اصلي بر روي ايجاد روش پايش مبتني بر تكنيك¬هاي غير وابسته به داده¬هاي اوليه مي¬باشد. بازرسي محلي، يكي از تكنيك هاي به كار رفته در پايش سلامت سازه¬ها مي باشد كه در آن، وجود آسيب در بخشي از سازه كه در مجاورت حسگر قرار دارد، بررسي مي شود. اين روش معمولا در نواحي كه تمركز تنش وجود دارد و احتمال وجود آسيب در آن نقاط بيشتر است، به كار گرفته مي شود. هنگامي كه يك صفحه سوراخ دار تحت اثر بارهاي كششي قرار گيرد، در نواحي اطراف سوراخ، تمركز تنش ايجاد شده و احتمال ايجاد ترك در لبه هاي سوراخ وجود دارد. در صورتي كه اين ترك ها، در همان مراحل اوليه تشخيص داده نشوند، با گذر زمان طول آنها افزايش يافته و باعث گسيختگي سازه مي¬شوند. اين پژوهش بر روي تشخيص ترك در لبه سوراخ با استفاده از روش انتشار موج هدايت شونده متمركز شده‌ است. بدين منظور دو روش تشخيص آسيب غير وابسته به داده¬هاي اوليه ارائه شده و مزايا و معايب هر كدام از آنها در زمينه تشخيص آسيب، مورد ارزيابي قرار گرفته است. در هر دو روش، لازم است كه چيدمان مبدل¬هاي پيزوالكتريك در اطراف سوراخ مياني به گونه¬اي باشد كه بتوان مسيرهاي محرك-حسگر مشابهي براي عبور سيگنال تعريف نمود. سپس با مقايسه سيگنال¬هاي به دست آمده از مسيرهاي مشابه، محل ترك موجود در لبه سوراخ شناسايي شود. جهت مدل كردن مبدل¬هاي پيزوالكتريك و شبيه¬سازي انتشار موج در صفحه آسيب ديده از نرم افزار تجاري ABAQUS استفاده شده است. در روش پيشنهادي اول، با مقايسه دامنه اولين بسته مود متقارن دريافتي از مسيرهاي مشابه، مسير آسيب ديده شناسايي شده است. مسيرهاي مشابه در نظر گرفته شده به گونه¬اي انتخاب و گروه بندي شدند كه تمامي نواحي اطراف سوراخ موجود در صفحه از نظر وجود يا عدم وجود آسيب مورد بررسي قرار بگيرد. در اين روش، با استفاده از ضرايب تقريبي به‌دست‌آمده از تبديل ويولت گسسته¬ي سيگنال‌هاي عددي، چهار ويژگي براي تشخيص مسير آسيب‌ديده، تعريف شده و عملكرد آنها در زمينه شناسايي آسيب با يكديگر مقايسه شده است. روش پيشنهادي اول، تنها با استفاده از حاصلضرب انرژي ضرايب تقريب بدست آمده از سطوح اول و دوم تجزيه موجك، قادر به تشخيص محل ترك هاي ايجاد شده در لبه سوراخ مي باشد. همچنين در روش پيشنهادي دوم به منظور شناسايي آسيب، براي هر گروه از مسيرهاي مشابه، ابتدا تفاوت بين سيگنال‌هاي عددي (سيگنال‌هاي باقيمانده) اندازه‌گيري شده است. سپس با اعمال تبديل موجك پيوسته بر روي سيگنال¬هاي باقيمانده، مسير با كمترين زمان پرواز از محرك تا آسيب و سپس آسيب به سنسور شناسايي شده است. همچنين با استفاده از ضرايب به‌دست‌آمده از تبديل موجك مدت زمان رسيدن موج لمب ارسالي از محرك به آسيب و سپس سنسور اندازه‌گيري مي¬شود. در نهايت، با استفاده از داده هاي زمان رسيدن و يك رويكرد احتمالي، محل ترك در لبه سوراخ مركزي به خوبي تشخيص داده شده است.

1402/05/21

Damage Identification in Plate Containing a Circular Hole with Edge Cracks Using Guided Ultrasonic Waves

5/28/2024 12:00:00 AM

Large civil infrastructure systems all over the world have become an integral part of our civilization. The inspection and maintenance of these structures for public safety is a difficult task. The assessment of integrity of such huge structures due to local damages is even more difficult to deal with. The conventional inspections are performed manually, generally by visual examination and sometimes by more advanced techniques like electromagnetic and fiber optic techniques. These inspections involve human interventions, depend on individual inspector‘s experience, and are time consuming. Such inspection methods may not be very useful for real time health assessment of a structure in service and as a result are not very helpful in preventing any disastrous situation through early warning. Therefore, it is very important to look for a comprehensive strategy of global integrity monitoring infused with information about local damages in the structure. Local monitoring is a type of structural health monitoring techniques that monitors a small area immediately adjacent to the sensor. They can be used to monitor the progress of damage already identified in routine nondestructive testing or monitoring the known hot-spots. Local monitoring can be conducted in areas with high-stress concentrations with a high probability of cracking. The existence of some holes in a plate disturbs the continuum of material. Thus, when an external load (such as uniform tension) is applied to this plate, stress concentration arises in the proximity of the holes, as a result, the cracks can appear. This research proposed two baseline-free methods for damage localization in plates with a circular hole. Damages are defined as cracks at the internal edge of the hole with different lengths and angles. Guided ultrasonic waves are used to excite the plate and receive feedback with a pitch-catch active sensing configuration. The numerical simulations conducted in ABAQUS and guided ultrasonic waves are generated by simulating circular piezoelectric transducers located at the top surface of the plate. In this study, transducers are located on the plate in such a way that similar paths are made for waves traveling from actuators to sensors. In these similar paths, the sensor spacing of transmitter-receiver paths should be equal. In the first method, the first wave packet of response signals acquired by sensors is processed by discrete wavelet transform to extract actionable damage-sensitive features. The features obtained for similar paths are compared to calculate damage indexes which are used to locate damage. The numerical results reveal that the proposed method can precisely identify the location of cracks in a holed plate, only by measuring the wavelet energy of approximate coefficients at the first and second levels of wavelet decomposition. in the second method, the differences between the similar path signals (residual signals) were obtained. The damaged path and arrival time of the scattered wave from the defect to the sensor location were determined using the wavelet coefficients obtained from continuous wavelet transform of the residual signals. Finally, to identify damage locations, arrival time data is applied in a probabilistic approach.For paths in a group of similar paths, the material and geometrical properties of the structure, the actuator-sensor distance between similar paths and the sensitivity of the probing devices must be the same. In the process of sensor installation, the lengths of the paths in a group may not be equal to each other. In this study, the effects of small differences between the measurement paths, which are supposed to be essentially the same, on the accuracy of damage detection results is investigated.

روش تشخيص آسيب غير مخرب , تبديل موجك , صفحات فلزي سوراخ دار , امواج هدايت شده , مبدل هاي پيزوالكتريك