The main purpose of the present work is to develop an innovative system for Structural Health Monitoring (SHM) of aerospace composite structures based on dynamic strain measurements in order to identify in an exhaustive way the structural state condition. Fiber Bragg Grating (FBG) optical sensors will be used for the recording of dynamic strain measurements from a composite structure.
The methodology that will be developed for structural damage detection will use the collected dynamic response data and will analyze them through a statistical data-driven learning model, i.e. an artificial neural network, coupled with wavelet multi-resolution analysis. This methodology will be the core of the SHM system.
Structural damage will be initially simulated by slightly varying the mass properties of the structure. As a second step, actual damage was introduced to the structure. The structural dynamic behavior has been numerically simulated and experimentally verified by means of vibration testing. The analysis of operational dynamic responses will be employed to identify both the damage and its position. / Αντικείμενο της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος παρακολούθησης βλάβης για αεροδιαστημικές κατασκευές με αισθητήρες οπτικών ινών (Fiber Bragg Grating, FBG) με χρήση μετρήσεων δυναμικής απόκρισης και τεχνικών επεξεργασίας σήματος.
Οι αισθητήρες οπτικών ινών FBG χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες ανίχνευσης παραμόρφωσης, εκμεταλλευόμενοι την μεταβολή του μήκους κύματος του φωτός που διέρχεται από αυτούς κατά την διαστολή ή τη συστολή τους. Η απλή μονότροπη τηλεπικοινωνιακή οπτική ίνα εκτίθεται σε συγκλίνουσες δέσμες UV laser light. Οι δέσμες αυτές όταν διασταυρώνονται παρεμβάλλει η μια την άλλη, μεταβάλλουν μέρος της δομής της οπτικής ίνας και αλλάζουν περιοδικά τον δείκτη διάθλασης δημιουργώντας διαφορετικές περιοχές υψηλού και χαμηλού δείκτη διαθλάσεως στον πυρήνα της ίνας. Η τροποποιημένη ζώνη της ίνας λειτουργεί σαν οπτικό φίλτρο, αντανακλώντας μια ελάχιστη ποσότητα του ευρυζωνικού σήματος, επιτρέποντας παράλληλα στο υπόλοιπο φως να συνεχίσει την πορεία του μέσα στην ίνα.
Αυτή η τροποποιημένη περιοχή είναι ευαίσθητη στην τάση εφελκυσμού και στις μεταβολές θερμοκρασίας.
Πλεονεκτήματα των αισθητήρων FBG είναι τα ακόλουθα: Απρόσβλητοι στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, απαιτούν μηδενική ενέργεια, προσφέρουν μακροχρόνια σταθερότητα, προσφέρουν ευκολία και χαμηλό κόστος εγκατάστασης, έχουν πολύ μικρές διαστάσεις, μεγάλη ακρίβεια και σχεδόν μηδενικό βάρος, μπορούν να σχηματίσουν συστοιχίες πολλαπλών οπτικών αισθητήρων σε μία μόνο οπτική ίνα (multiplexing) και μπορεί να γίνει ενσωμάτωσή τους σε σύνθετα υλικά.
Οι αισθητήρες οπτικών ινών FBG μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνται μόνο για στατικές μετρήσεις. Οι στόχοι της παρούσας διατριβής είναι οι ακόλουθοι: Χρήση αισθητήρων οπτικών ινών FBG για μετρήσεις δυναμικής απόκρισης με σκοπό την παρακολούθηση καλής λειτουργίας και την εύρεση βλάβης κατασκευών από σύνθετα υλικά. Εκτέλεση ειδικά επιλεγμένων μηχανικών δοκιμών σε τρία είδη κατασκευών, αεροναυπηγικών και αεροδιαστημικών, από lab-scale κατασκευή σε πραγματική αεροδιαστημική κατασκευή. Διερεύνηση της καταλληλότερης τοπολογίας αισθητήρων οπτικών ινών στη σύνθετη κατασκευή και διερεύνηση του καταλληλότερου τρόπου τοποθέτησής τους. Ανάπτυξη του συστήματος παρακολούθησης βλάβης των κατασκευών με βάση αρχικά προσομοιωμένη βλάβη (μεταβάλλοντας το μητρώο μάζας της κατασκευής) και στα τελευταία στάδια πειραμάτων, με βάση πραγματική βλάβη (ρωγμή) στις στρώσεις του σύνθετου υλικού. Ανάπτυξη και εφαρμογή καινοτόμων τεχνικών επεξεργασίας για τα σήματα παραμόρφωσης βασιζόμενες στο μετασχηματισμό κυματιδίων. Ανάπτυξη στατιστικών δεικτών ευαίσθητων στην παρουσία βλάβης από την επεξεργασία των σημάτων των αισθητήρων FBG. Εκπαίδευση και επαλήθευση τεχνητού νευρωνικού δικτύου με βάση επιλεγμένους δείκτες για εύρεση βλάβης (μέγεθος βλάβης και τοποθεσία). Διερεύνηση και ανάπτυξη μεθόδου διάγνωσης βλάβης βασισμένο σε πειραματική modal ανάλυση μέσω των σημάτων παραμόρφωσης από τους αισθητήρες οπτικών ινών Fiber Bragg Gratings. Πειραματική modal ανάλυση μέσω των σημάτων παραμόρφωσης και υπολογισμός των ιδιομορφών παραμόρφωσης της κατασκευής μέσω των FBG σημάτων.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5436 |
| Date | 31 August 2012 |
| Creators | Πανοπούλου, Αικατερίνη |
| Contributors | Κωστόπουλος, Βασίλειος, Panopoulou, Aikaterini, Λούτας, Θεόδωρος, Ματίκας, Θεόδωρος, Φασόης, Σπήλιος, Πολύζος, Δημοσθένης, Σταυρινίδης, Κωνσταντίνος, Fransen, Sebastiaan |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | English |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0032 seconds