عیب‌یابی در صفحات کامپوزیت چندلایه با استفاده از روش تحلیلی آنالیز موجک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه کردستان، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

چکیده

استفاده از مصالح کامپوزیتی در صنایع مختلف روند افزایشی چشمگیری دارد. از طرفی پایش سلامت در اعضای کامپوزیتی مورد توجه محققان است. در اثر آسیب‌، پاسخ‌های سازه به دلیل تغییر در خواص مکانیکی (جرم، سختی و میرایی) دچار تغییر می‌شود. از بررسی تغییرات به‌وجود آمده در پاسخ‌ها می‌توان سلامت سازه‌ و اعضای سازه‌ای را مورد پایش قرار داد. در این مقاله، شناسایی آسیب در صفحه کامپوزیت 8 لایه که هر دو لایه متوالی با زاویه 90 درجه در اتصال با هم هستند، مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا، صفحه کامپوزیتی در نرم‌افزار اجزا محدود آباکوس[i] مدل‌سازی و تحلیل فرکانسی شد و اطلاعات مودال حالت‌های‌ آسیب و بدون آسیب استخراج گردید. سپس، شناسایی آسیب با تعریف یک سیگنال دو بعدی به‌صورت مجموع یا تفاضل شکل‌های مود سالم و معیوب به‌‌عنوان ورودی تبدیل موجک گسسته دو بعدی انجام شد. نتایج، آشفتگی و اغتشاش در ضرایب موجک حاصل از جزئیات قطری آنالیز موجک سیگنال ورودی را در محل‌های آسیب نشان داد، به‌نحوی‌که با یک بررسی ساده، محل‌های آسیب به‌راحتی قابل شناسایی است.
 
[i]. ABAQUS

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Damage Detection in Laminated Composite Plates Using Wavelet Analysis Analytical Method

نویسندگان [English]

  • Mohtasham Khanahmadi 1
  • Majid Gholhaki 2
  • Ahmad Ghasemi-Ghalebahman 3
  • Morteza Khademi-Kouhi 4
1 Ph.D. Student of Structural Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Kurdistan, Iran
2 Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Associate Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
4 Ph.D. Student of Aerospace Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده [English]

Composite materials are increasingly employed in varying industries. Health monitoring in composite members is a further issue of interest to researchers. When damaged, the structure responds differently because of alterations in mechanical properties (i.e., mass, stiffness, and damping). The health of the structure and structure members can be monitored by examining how the responses have changed. This paper aimed to detect damage in an 8-layer composite plate, in which each pair of successive layers are connected at a 90-degree angle. First, the composite plate was modeled and undergone frequency analysis in ABAQUS software and the information concerning damaged and non-damaged modes was extracted. Subsequently, the damage was detected by defining a two-dimensional signal (the sum or difference of the shape of healthy and damaged modes) as the input of a two-dimensional discrete wavelet transform. The results showed turbulence and perturbation in the wavelet coefficients obtained from the diagonal details of the input signal’s wavelet analysis in damaged areas so that with a simple inspection, the damaged areas could be easily identified. According to the results, the proposed technique is an efficient method of damage detection in laminated composite plates.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "؛ Structural Health Monitoring"؛ Laminated Composite Plates"؛ Frequency Analysis"؛ Wavelet Transform"؛
  • "؛ Damage Detection"

مراجع

[1] Dimarogonas, Andrew D., "Vibration of cracked structures: a state-of-the-art review", Engineering fracture mechanics, 1996, Vol.55, no.5, pp.831-857.
[2] Salawu, O. S., "Detection of structural damage through changes in frequency: a review", Engineering structures, 1997, Vol.19, no.9, pp.718-723.
[3] Doebling, Scott W., Charles R. Farrar, M. B. Prime, and D. W. Shevitz, "A review of damage identification methods that examine changes in dynamic properties", Shock and Vibration Digest, 1998, Vol.30, no.2, pp.91-105.
[4] Sabnavis, Giridhar, R. Gordon Kirk, Mary Kasarda, and Dane Quinn, "Cracked shaft detection and diagnostics: a literature review", Shock and Vibration Digest, 2004, Vol.36, no.4, p.287.
[5] Wang, Quan, and Xiaomin Deng, "Damage detection with spatial wavelets", International journal of solids and structures, 1999, Vol.36, no.23, pp.3443-3468.
[6] Loutridis, Spyridon, Evanthia Douka, L. J. Hadjileontiadis, and Athanasios Trochidis, "A two-dimensional wavelet transform for detection of cracks in plates", Engineering structures, 2005, Vol.27, no.9, pp.1327-1338.
[7] Gökdağ, Hakan, and Osman Kopmaz, "A new damage detection approach for beam-type structures based on the combination of continuous and discrete wavelet transforms", Journal of Sound and Vibration, 2009, Vol.324, no.3-5, pp.1158-1180.
[8] Zhong, Shuncong, and S. Olutunde Oyadiji, "Crack detection in simply supported beams using stationary wavelet transform of modal data", Structural Control and Health Monitoring, 2011, Vol.18, no.2, pp.169-190.
[9] Xu, Wei, Maciej Radzieński, Wiesław Ostachowicz, and Maosen Cao, "Damage detection in plates using two-dimensional directional Gaussian wavelets and laser scanned operating deflection shapes", Structural Health Monitoring, 2013, Vol.12, no.5-6, pp.457-468.
[10] Lee, Soon Gie, Gun Jin Yun, and Shen Shang, "Reference-free damage detection for truss bridge structures by continuous relative wavelet entropy method", Structural Health Monitoring, 2014, Vol.13, no.3, pp.307-320.
[11] Katunin, A., "Stone impact damage identification in composite plates using modal data and quincunx wavelet analysis", Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2015, Vol.15, no.1, pp.251-261.
[12] Yang, Chen, and S. Olutunde Oyadiji, "Delamination detection in composite laminate plates using 2D wavelet analysis of modal frequency surface", Computers & Structures, 2017, Vol.179, pp.109-126.
[13] Zhao, Ying, Mohammad Noori, Wael A. Altabey, and Seyed Bahram Beheshti‐Aval, "Mode shape‐based damage identification for a reinforced concrete beam using wavelet coefficient differences and multiresolution analysis", Structural Control and Health Monitoring, 2018, Vol.25, no.1, p.e2041.
[14] Ashory, Mohammad-Reza, Ahmad Ghasemi-Ghalebahman, and Mohammad-Javad Kokabi, "Damage identification in composite laminates using a hybrid method with wavelet transform and finite element model updating", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2018, Vol.232, no.5, p.815-827.
[15] رضایی فر، ا.، یونسی، ع.، قلهکی، م.، و اسفندیاری، ا.، "شناسایی آسیب جداشدگی در ستون‌های فولادی پرشده با بتن براساس داده‌های مودال آزمایشگاهی"، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 1397، دوره 6، شماره ویژه 4، ص. 93-106.
[16] Wang, Pengbo, and Qinghe Shi, "Damage identification in structures based on energy curvature difference of wavelet packet transform", Shock and Vibration, 2018.
[17] Wang, Shengnan, Jun Li, Hui Luo, and Hongping Zhu, "Damage identification in underground tunnel structures with wavelet based residual force vector", Engineering Structures, 2019, Vol.178, pp.506-520.
[18] خان احمدی، م.، قلهکی، م. و رضایی فر، ا.، "عیب‌یابی در المان ستون تحت اثر نیروی محوری مبتنی بر تبدیل موجک و داده‌های مودال"، مجله مدلسازی در مهندسی، 1399، دوره 18، شماره 63، ص. 51-63.
[19] خان احمدی، م.، رضایی فر، ا. و قلهکی، م.، "عیب‌یابی صفحات فولادی مبتنی بر مقایسه نتایج تحلیلی تبدیل موجک گسسته دو بعدی شکل مودهای اولیه و ثانویه"، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 1400، دوره 8، شماره 5، ص. 198-214.
[20] خان احمدی، م.، رضایی فر، ا. و قلهکی، م.، "مطالعه مقایسه‌ای آشکارسازی خرابی تیرهای فولادی مبتنی بر تبدیلات موجک پیوسته و گسسته پاسخ‌های استاتیکی و دینامیکی"، نشریه مهندسی سازه و ساخت،  1400، دوره 8، شماره 9، ص. 166-183.
[21] Hanteh, Mojtaba, and Omid Rezaifar, "Damage detection in precast full panel building by continuous wavelet analysis analytical method", In Structures, 2021, Elsevier, Vol.29, pp.701-713.
[22] Douka, E., S. Loutridis, and A. Trochidis, "Crack identification in beams using wavelet analysis", International Journal of solids and structures, 2003, Vol.40, no.13-14, pp.3557-3569.
[23] Zhong, Shuncong, and S. Olutunde Oyadiji, "Detection of cracks in simply-supported beams by continuous wavelet transform of reconstructed modal data", Computers & structures, 2011, Vol.89, no.1-2, pp.127-148.
[24] Kim, Hansang, and Hani Melhem, "Damage detection of structures by wavelet analysis", Engineering structures, 2004, Vol.26, no.3, pp.347-362.
[25] Abdulkareem, Muyideen, Norhisham Bakhary, Mohammadreza Vafaei, Norhazilan Md Noor, and Khairul H. Padil, "Non-probabilistic wavelet method to consider uncertainties in structural damage detection", Journal of Sound and Vibration, 2018, Vol.433, pp.77-98.
[26] Hoseini Vaez, Seyed Rohollah, Ehsan Dehghani, and Vahid Babaei. "Damage Detection in Post-Tensioned Slab Using 2D Wavelet Transforms", Journal of Rehabilitation in civil Engineering, 2017, Vol.5, no.2, pp.22-35.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار