پایش سلامت سازه ‏‏ای پنل ساندویچی با هسته مشبک از طریق کاشت کرنش سنج

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگر، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ‏های ساخت

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ‏های ساخت

3 پژوهشگر، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‏ های ساخت

چکیده

پایش سلامت سازه ‏‏ای روشی است که در آن سلامت سازه ‏‏ای به صورت زنده و برخط رصد می‏ شود تا خرابی‏ ها پیش از رسیدن به شکست فاجعه آمیز تشخیص داده شوند. در چندلایه‏ های کامپوزیتی فرایند ساخت لایه به لایه این امکان را فراهم می کند تا با جاسازی حسگر کرنش در بین لایه ‏ها، قطعات نسبت به بارهای وارده هوشمند شده و اطلاعاتی از وضعیت تنش درون سازه ‏‏ای قابل مشاهده گردد. نوآوری مقاله حاضر به کارگیری سیستم پایش سلامت برای سازه ‏های ساندویچی با هسته مشبک است به گونه ای که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد. برای این منظور در حین ساخت نمونه، کرنش‏ سنجی در محل اتصال هسته به پوسته جاسازی شده است تا حالت شکست رایج در این نوع سازه یعنی جدا شدن پوسته از هسته مورد پایش قرار گیرد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می ‏دهد که هوشمند سازی پنل ساندویچی و پایش وضعیت آن با روش حاضر در حیطه الاستیک و در بارگذاری‏ های شبه استاتیکی با دقت خوبی امکان ‏پذیر است. خارج از حیطه الاستیک، داده ‏های حاصل از کرنش‏سنج عمدتاً متاثر از شکست و آسیب در نزدیکی محل کاشت کرنش‏ سنج است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Balageas, D., Fritzen, C.P., and Güemes, A., “Structural Health Monitoring”, Second Edition, Great Britain, John Wiley & Sons, pp. 11-13, DOI: https://doi.org/10.1109/MIM.2010.5669608, (2010).
 
[2] Ksica, F., Hadas, Z., and Hlinka, J., “Integration and Test of Piezocomposite Sensors for Structure Health Monitoring in Aerospace”, Measurement, Vol. 147, No. 106861, pp. 1-10, DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.106861, (2019).
 
[3] Díaz-Maroto, P.F., Fernández-López, A., García-Alonso, J., and Iglesias, M., “Buckling Detection of an Omega-stiffened Aircraft Composite Panel using Distributed Fibre Optic Sensors”, Thin-Walled Structures, Vol. 132, pp. 375-384, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tws.2018.08.024, (2018).
 
[4] Li, M., Kefal A., Cerik B., and Oterkus E., “Trends in the Analysis and Design of Marine Structures”, First Edition, pp. 293-302, London, CRC Press, (2019).
 
[5] Frangopol, D. M., Saydam, D., and Kim, S., “Maintenance, Management, Life-Cycle Design and Performance of Structures and Infrastructures: A Brief Review”, Structure and infrastructure engineering, Vol. 8, No. 1, pp. 1-25, https://doi.org/10.1080/15732479.2011.628962, (2012).
 
[6] Shokravi, H., Shokravi, H., Bakhary, N., Koloor, S. S. R., and Petrů, M., “Health Monitoring of Civil Infrastructures by Subspace System Identification Method: An Overview”, Applied Sciences, Vol. 8, No. 10, pp. 1-29, https://doi.org/10.3390/app10082786, (2020).
 
[7] Casas, J. R., and Cruz, P. J. S., “Fiber Optic Sensors for Bridge Monitoring”, Journal of bridge engineering, vol. 8, No 6, pp. 362-373, https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0702(2003)8:6(362), (2003).
 
[8] Sevieri, G., and De Falco, A., “Dynamic Structural Health Monitoring for Concrete Gravity Dams Based on the Bayesian Inference”, Journal of Civil Structural Health Monitoring, Vol. 10, No. 8, pp. 235-250, https://doi.org/10.1007/s13349-020-00380-w, (2020).
 
[9] Hassani, S., and Mousavi, M., Gandomi, A. H., “Structural Health Monitoring in Composite Structures: A Comprehensive Review”, Sensors, Vol. 22, No. 10, pp. 1-45, https://doi.org/10.3390/s22010153, (2022).
 
[10] Parvari, Y., Ramezani, H., and Kazemirad, S., “Nondestructive Evaluation of Bilayer Metal-Composite Structures Using Finite Element Simulation of Guided Lamb Wave Propagation”, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 8, No. 3, pp. 1700-1707, https://doi.org/10.22068/JSTC.2022.546257.1765, (2022). (in Persianفارسی )
 
[11] Riahi, M., and Ahmadi, A., “Utilization of Artificial Neural Networks for Detection and Classification of Damages in Composite Plate-like Structures via Ultrasonic Guided Waves”, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 3, pp. 343-352, )2018(. (in Persianفارسی )
 
[12] Aloisi, S., Galietti, U., and Pappalettere, C., “Strain Measurement in Composite Materials using Embedded Strain Gauges”, Key Engineering Materials, Vol. 144, pp. 251-260, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.144.251, )1998(.
 
[13] Qiu, Y., Wang, Q. B., Zhao, H. T., Chen, J. A., and Wang, Y. Y., “Review on Composite Structural Health Monitoring Based on Fiber Bragg Grating Sensing Principle”, Journal of Shanghai Jiaotong University (Science), Vol. 18, No 2, pp. 129-139, https://doi.org/10.1007/s12204-013-1375-4, )2013(.
 
[14] Kinet, D., Mégret, P., Goossen, K. W., Qiu, L., Heider, D., and Caucheteur, C., “Fiber Bragg Grating Sensors Toward Structural Health Monitoring in Composite Materials: Challenges and Solutions”, Sensors, Vol. 14, No. 4, pp. 7394-7419, https://doi.org/10.3390/s140407394, )2014(.
 
[15] Lau, K. T., “Structural Health Monitoring for Smart Composites Using Embedded FBG Sensor Technology”, Materials Science and Technology, Vol. 30, No 13, pp. 1642-1654, https://doi.org/10.1179/1743284714Y.0000000608, (2014(.
 
[16] Aygun, L. E., and Kumar, V., Weaver, C., Gerber, M., Wagner, S., Verma, N., Glisic, B., Sturm, J. C., “Large-Area Resistive Strain Sensing Sheet for Structural Health Monitoring”, Sensors, Vol. 20, No. 5, pp. 1-15, https://doi.org/10.3390/s20051386, )2020(.
 
[17] Belhouideg, S., and Lagache, M., “Effect of Embedded Strain Gage on the Mechanical Behavior of Composite Structures”, Journal of Modern Materials, Vol. 5, No 1, pp. 1-7, https://doi.org/10.21467/jmm.5.1.1-7, (2018(.
 
[18] Sousa, J., Marques, J., Garcia, M., Infante, V., and Amaral, P., “Mechanical Characterization of Sandwich Composites with Embedded Sensors”, Engineering Failure Analysis, Vol. 117, No. 104765, pp. 1-13, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104765, (2020(.
 
[19] Kefal, A., and Yildiz, M., “Modeling of Sensor Placement Strategy for Shape Sensing and Structural Health Monitoring of a Wing-Shaped Sandwich Panel Using Inverse Finite Element Method”, Sensors, Vol. 17, No. 12, pp. 1-20, https://doi.org/10.3390/s17122775, (2017(.
 
[20] Xiao, B., Yang, B., Xuan, F. Z., Wan, Y., Hu, C., Jin, P., Lei, H., Xiang, Y., and Yang, K., “In-Situ Monitoring of a Filament Wound Pressure Vessel by the MWCNT Sensor Under Hydraulic Fatigue Cycling and Pressurization”, Sensors, Vol. 19, No. 6, pp. 1-20, https://doi.org/10.3390/s19061396, )2019(.
 
[21] Nazemi A H., Afshar M., Pakzad A., and Rahai A., “Introducing a Framework for Determining the Financial Value of Structural Health Monitoring on Maintenance Management of Bridges; The Case Study of the Effect of SHM on Retrofitting of a Bridge”, Modares Civil Engineering Journal, Vol. 21, No. 5, pp. 161-182, URL: http://mcej.modares.ac.ir/article-16-54528-en.html, )2021(. (in Persianفارسی )
 
 [22] Maher, R., Khalili, S. M. R., and Eslami-Farsani, R., “The Effect of Shape Memory Wire on the Ballistic Behavior of Smart Corrugated Core Sandwich Panels”, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 8, No. 2, pp. 1612-1627, https://doi.org/10.22068/JSTC.2021.540982.1752, (2021). (in Persianفارسی )
 
[23] Fard, K. M., and Hassanabadi, M. R., “Free Vibration and Static Bending Analysis of Curved Sandwich Panel with Magneto-Rheological Fluid Layer in Sheets using Improved High Order andwich Panel Theory”, Journal of Science and Technology of Composite, Vol. 1, No. 2, pp. 49-62, (2015). (in Persianفارسی )
 
[24] Khorshidi, K., and Shabani, Y., “Free Vibration Analysis of Sandwich Plates with Magneto Rheological Smart Fluid Core by Using Modified Shear Deformation Theory”, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 8, No. 4, pp. 1826-1835, DOI: https://doi.org/10.22068/JSTC.2022.552957.1782, (2022). (in Persianفارسی )
 
[25] Standard Test Method for Flexural Properties of Sandwich Construction, Annual Book of ASTM Standard, C393, (2000).
 
[26] https://community.robotshop.com/forum/t/hx711-and-a-single-strain-gauge/48600.