عنوان پایان‌نامه
بررسی انتشار امواج ورقی عبوری از اتصالات در صفحه
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2984;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69501
- تاریخ دفاع
- ۱۲ مرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- سمانه حسینقلی زاده
- استاد راهنما
- سیدسعید محتسبی, عقیل یوسفی کماء
- چکیده
- توسعه سامانه‌های پایش سلامت سازه‌ای (SHM) ازجمله راهکارهای ضروری برای ارزیابی عملکرد ابر سازه‌ها مانند هواپیماها، سازه ها، پل‌ها، کشتی‌ها، خطوط لوله و ... است که نهایتاً منجر به افزایش قابلیت اطمینان در عملکرد سازه‌ها و تحول در فرایند تعمیرات و نگهداری می‌گردد. امواج ورقی به دلیل مزایایی که در ارزیابی غیر مخرب سازه‌ها دارند در سال‌های اخیر موردتوجه بسیاری از محققان بوده و در مراحل پژوهشی به‌منظور توسعه پایش سلامت سازه‌ای قرار دارد. با توجه به حضور همیشگی اتصالات در سازه های ذکرشده و همچنین اهمیت امواج ورقی در حوزه عیب یابی، در پایان نامه حاضر به بررسی تأثیر اتصالات بر عبور امواج ورقی از آن‌ها پرداخته شده است. با توجه به کاربرد بسیار زیاد پرچ و اتصال روی‌هم در صنایع هوایی و همچنین سازه های عمرانی، در این تحقیق به طور خاص به بررسی اتصال پرچ شده روی‌هم پرداخته شده است. این پایان نامه از سه بخش اصلی تشکیل شده است. در بخش اول به مدل‌سازی دوبعدی اتصال روی‌هم پرداخته شده است و در آن تأثیر پارامترهای مختلف بر روی انرژی عبوری امواج ورقی از اتصال بررسی می شود. پارامترها شامل طول ناحیه همپوشانی و نسبت فاصله عملگر و حسگر به طول ناحیه همپوشانی است. نتایج حاصله نشان داده است که با افزایش طول ناحیه همپوشانی در اتصال روی‌هم، میزان انرژی عبوری از اتصال برای مد S0 ابتدا افزایش یافته و سپس کاهش میابد و برای مد A0 به صورت عکس تغییر می کند. این روند تغییرات بیانگر آن است که مد S0، مد مناسب برای پایش سلامت اتصال روی هم است. همچنین پدیده تبدیل مد نیز در ناحیه اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم به مدل‌سازی سه‌بعدی پرچ پرداخته می شود. در ابتدای این بخش مدل‌سازی ناحیه اتصال به همراه پرچ و بدون آن مورد بررسی قرار گرفته و تفاوت سیگنال های دریافتی در حسگرها بیان شده است است. در ادامه نشان داده شده است با افزایش قطر پرچ در اتصال روی‌هم میزان انرژی عبوری از اتصال کاهش می یابد و به عبارتی امواج ورقی فضای کمتری برای عبور از اتصال دارند. این روند به‌صورت منحنی درجه دو کاهش می یابد. در بخش آخر نیز به تخمین طول ترک در پرچ با استفاده از توابه چند جمله ای پرداخته شده است. برای تخمین طول ترک در پرچ از شاخص های تغییر اندازه، فاز، ضریب عبور و شاخص ترک استفاده شده است. برای تخمین تابع طول ترک بر حسب متغیرهای ذکر شده روش رگرسیون غیرخطی مورد استفاده قرار گرفته است. از بین توابع مختلف پیشنهادی، تابعی با سه شاخص تغییر اندازه، فاز و شاخص ترک به عنوان تابع مناسب انتخاب شده که در آن R^2 بیشترین مقدار خود یعنی 0.99722 را دارا است. در انتها پایان نامه نیز مدل سازی با استفاده از بستر آزمون و محاسبه سرعت گروه امواج ورقی صحه گذاری شده است. کلمات کلیدی: پایش سلامت سازه‌ها، امواج هدایت‌شده، اتصالات روی‌هم، پرچ، تخمین طول ترک
- Abstract
- Structural Health Monitoring (SHM) systems development is highly necessary in evaluating the performance of huge structures such as airplanes, bridges, ships, pipelines, etc. which will reduce the maintenance expenses, and increase the reliability of the structure. The advantages of Lamb waves for ultrasonic nondestructive evaluation (NDE) have recently attracted many engineers and researchers to this field. Based on the fact that joints have been always used in different aerospace structures, this thesis, mainly focuses on the investigation of the joints effect on the Lamb wave propagation. The riveted lap joint plates are considered in this research. This thesis has three main parts. In the first part, the two dimensional lap joint plates are modeled. The energy transmission for different overlap lengths are derived and it is observed that by increasing the overlap length, the transmission coefficient of S0 mode increases, and after a certain length it decreases and the transmission coefficient of A0 mode shows the opposite behavior. This observation shows that S0 mode is a suitable mode for monitoring structures with lap joint plates. Considering the stress contours in the lap joint plates and calculating the group velocity of the Lamb wave, it is concluded that the mode conversion happens during the Lamb wave travelling through the joint. In the second part, the three dimensional models of riveted lap joint plates have been modeled. In this section, the energy transmission of S0 mode is considered and Continues Wavelet Transform (CWT), one of the most powerful tools in signal processing, is used to analyze the obtained signals. It is observed that by increasing the rivet holes’ diameter, the energy transmission coefficient of S0 mode decreases because the Lamb wave has less space to transmit to the second plate. A second degree polynomial curve is fitted to this trend. In the third part, the crack length in a rivet hole is estimated. Polynomial functions have been used for estimating the crack length. A non-linear regression method is used for determining the coefficients of the functions. The features used in different functions are amplitude change, phase change, transmission coefficient and damage index of the signal. The best function for the crack length estimation is a non-linear function with three features of amplitude change, phase change and damage index. This function has the maximum R square of 0.99722. Keywords: Structural Health Monitoring, Guided Waves, Riveted Lap Joint Plates, Energy Transmission Coefficient, Crack Length Estimation
