204102

TABAKALI KOMPOZİT BİR KİRİŞ VE LEVHADA HASAR TESPİTİNİN MODEL TABANLI YAPI SAĞLIĞI İZLEME TEKNİKLERİYLE BELİRLENMESİ

Teknolojik mühendislik yapılarında oluşabilecek hasarları tespit edip güvenliklerini ve bütünlüklerini korumak hayatî derecede zaruridir. Hâlihazırda, model tabanlı yapı sağlığı izleme (YSİ) yaklaşımlarında, fiziksel kuramlara bağlı olarak model geliştirilip, daha sonra ölçüm verilerinin, modelde değerlendirilmesiyle tanılama yapılır. Bu çalışmada, model tabanlı hasar tespit tekniği algoritmaları, iç bölgelerinde delaminasyon içeren tabakalı kompozit kiriş ve levhaya uygulanmıştır. Başlangıçta, sağlıklı ve delaminasyon içeren tabakalı kompozit kiriş, deneysel olarak modal testler uygulanarak doğal frekanslar bulunmuştur. Daha sonra, sağlıklı ve hasarlı yapıya ilişkin ölçülen doğal frekanslar nümerik yöntem sonuçları ile doğrulanmıştır. Doğrulanma işlemleri tamamlandıktan sonra, sonlu elemanlar yöntemi, delaminasyon içeren tabakalı kompozit bir kiriş ve levha üzerinde uygulanıp mod şekilleri çıkartılmıştır. Mod şekillerinden eğrilik yüzeyleri çıkartılmış ve daha sonra aralıklı düzgünleştirme metodu (ADM) ile birim şekil değiştirme enerjisinde (BŞDE) kullanılarak delaminasyonun olduğu bölgeler tespit edilmiştir. Kompozit levhadaki hasar tespitleri iki farklı durum için değerlendirilmiştir. Birinci durum da, yapının başlangıçtaki sağlık durumunun biliniyor varsayımı ile tanılamalar yapılmıştır. Ancak bazen hasar tespiti yapılırken hasara uğramış yapının, hasara uğramadan önceki verileri bulunmayabilir. Bu amaçla, ikinci durumun değerlendirilmesinde hasarlı yapıya ait eğrilik modları, yüzey uydurma algoritmasıyla hasara uğramamış gibi kabul edilerek hasar tespitleri yapılmıştır. Hasar teşhisi için her iki algoritma her iki durum için değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, laboratuvar ortamında kompozit malzemelerden imal edilen kompozit kiriş ve levhanın iç bölgelerinde oluşan delaminasyonlar, deneysel veya nümerik yöntemlerden alınan verilerin model analiz tabanlı YSİ yaklaşımlarında kullanılmasıyla, tahribatsız bir şekilde tahmin edilebileceği kanaatine varılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Yapı sağlığı izleme, Hasar teşhis algoritmaları, Kompozit yapılar, Delaminasyon

PDF

___

Farrar C.R. ve Worden K., Structural Health Monitoring: A Machine Learning Perspective, John Wiley & Sons Ltd.First edition, Chichester, United Kingdom, 2013.
Moyo P., Brownjohn J.M.W., Suresh R., Tjin S.C., Development of fiber bragg grating sensors for monitoring civil infrastructure, Eng. Struct., 27 (12), 1828-1834, 2005.
Mascarenas D., Choi Y., Kim H.C., Pekedis M., Yildiz H., Plont C.A, Brown M.C., Park G., Hahn H., Lee J.R., Farrar C.R., A vibro-haptic human-machine interface for structural health monitoring, The 9th International Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford, CA, USA.,1171-1178, September 10-12, 2013.
Ko J.M., Ni Y.Q., Technology developments in structural health monitoring of large scale bridges, Eng. Struct., 27 (12), 1715-1725, 2005.
Kessler S.S., Piezoelectric-Based in situ damage detection of composite materials for structural health monitoring systems, Ph.D. Dissertation, Massachusetts Institute of Technology, USA, 2002.
Doebling SW., Farrar, C.R., Prime MB., A Summary Review of Vibration-Based Damage Identification Methods., Shock Vbr Dig, 20, 91-105, 1998.
Pekedis M., Mascerañas D., Turan G., Ceylan H., Ercan, E., Farrar, C.R., Yıldız, H., Structural Health Monitoring via Human-Machine Interface, 6th World Conference on Structural Control and Monitoring, Barcelona, Spain, 167-171, July 15-17, 2014.
Carden EP., Funning P., Vibration Based Condition Monitoring: A Review, Structural Health Monitoring, 3 (4), 355-77, 2004.
Doebling SW., Farrar C.R., Prime MB., Daniel WS., Damage Identification and Health Monitoring of Structural And Mechanical Systems From Changes in Their Vibration Characteristics: A Literature Review”, Los Alamos National Laboratory, Report No: LA-13070-MS, May, 1996.
Kim J.I., Ryu Y.S., Hyun M.C., Stubbs N., Damage identification in beam type structures; frequency based method v/s mode based method, Eng. Struct., 25 (1), 57-67, 2003.
Hamey CS., Lestari W., Qiao P., Song, G., Experimental damage identification of carbon/epoxy composite beam using curvature mode shapes, Structural Health Monitoring, 3 (4), 333-353, 2004.
Zhang Z., Shankar K., Morozov E.V., Tahtali M., Vibration-based delamination detection in composite beams through frequency changes, J. Vib. Control, 1 (17), May 20, 2014.
Garcia D., Palazzetti R., Trendaﬁlova I., Fiorini C., Zucchelli A., Vibration-based delamination diagnosis and modelling for composite laminate plates, Compos. Struc., 130, 155–162, 2015.
Pekedis M., Mascerañas D., Turan G., Ercan E., Farrar C.R., Yildiz H., Structural health monitoring for bolt loosening via a non-invasive vibro-haptics human–machine cooperative interface, Smart Mater. Struct., 24, 085018 [20 pages], 2015.
Alnefaie K., Finite Element Modeling of composite plates with internal delamination, Compos. Struc., 90, 21–27, 2009.
Pandey A.K., Biswab, M., Damage detection in structures using changes in flexibility, J. Sound Vib., 169, 1, 3-17, 1991.
Sampaio R.P.L., Maia N.M.M., Silva J.M.M., Damage detection using frequency response function curvature method curvature method, J. Sound Vib., 226 (5), 1029-1042, 1999.
Zhang Z., Akhtan A.E., Application of modal flexibility and its derivatives in structural identification, Research In Non-Destructive Evaluation, 10, 43-61, 1998.
Wu, D., Law, S.S., Damage localization in plate, structures from uniform load surface curvature, J. Sound Vib., 276, (1-2), 227-244, 2003.
Gao Y., Spencer B.F., Bernal D., Experimental verification of the flexibility-based damage locating vector method, J. Eng. Mech., 133 (10), 1043-1049, 2007.
Qiao P., Lestari W., Shah M., Wang J., Dynamics based damage detection of composite laminated beams using contact and noncontact measurement systems, J. Compos. Mater., 41, (10), 1217-36, 2007.
Mujumdar P., Suryanarayan S., Flexural vibrations of beams with delamination, J. Sound Vib., 125, 441–461, 1988.
Qiao P., Lu K., Lestari W., Wang J., Curvature mode shape-based damage detection in composite laminated plates, Compos. Struct., 80 (3), 409–428, 2007.
Grouve WJB, Warnet L, Boer Ad, vd., delamination detection with fibre bragg gratings based on dynamic behaviour, Composites Science and Technology, (68), 2418–2424, 2008.
Sankar BV., A ﬁnite element for modeling delaminations in composite beams, Computer and Structures, 38 (2), 239–46, 1991.
Fırat F.K., Eren A., Investigation of FRP effects on damaged arches in historical masonry structures, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (4), 659-670, 2015.
Yilmaz O., Bekiroğlu S., The effect of reinforcing panel zone of bolted end plate column beam connections, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (2), 241-253, 2016.
Gopalakrishnan S., Ruzzene M., Hanagad S., Computational Techniques for Structural Health Monitoring, Springer, London, 2011.
Pekedis, M., Kompozit malzemeler için yapı izleme ve bakım sistemi, Doktora Tezi, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014.