پايش سلامت سازه هاي كامپوزيتي ورقي توسط امواج فراصوت هدايت شده بر پايه تبديل موجك و الگوريتم شبكه عصبي مصنوعي

كارشناسي ارشد

پايش سلامت سازه¬اي برپايه فلسفه¬اي نوين در نگهداري و حفظ سلامت سازه¬ها به عنوان نسل جديد آزمونهاي غيرمخرب كه از مفاهيم، تجهيزات و فناوري نوين بهره¬مند مي باشد، اهميت فراواني يافته است. امروزه پايش سلامت با استفاده از روشهاي مبتني بر امواج فراصوت هدايت شده به دليل قابليت انتشار در فواصل طولاني، حساسيت مناسب به عيوب كوچك و توانايي انتشار در محيط¬هايي نظير مواد كامپوزيتي كه محدوديتهاي زيادي در بازرسي با روشهاي معمول دارند، به عنوان روشي كارآمد مطرح بوده و برتريهاي آن، حتي نسبت به شيوه¬هاي پيشرفته در آزمونهاي غيرمخرب، نظير امواج فراصوتيِ معمول، به اثبات رسيده است. هدف از اين پژوهش، طراحي و بهينه¬سازي يك سامانه پايش سلامت، براي سازه¬هاي كامپوزيتي ورقي بر اساس توليد و انتشار امواج فراصوت هدايت شده با استفاده از مبدلهاي پيزوالكتريك با نقش دوگانه محرك و سنسور مي باشد. پس از انجام آزمايشات مقدماتي بر روي نمونه¬هاي اوليه از جنس شيشه/اپوكسي با خرابي از نوع سوراخ و كربن/اپوكسي با خرابي از نوع شكاف، با سه شدتِ مختلف، در يك چيدمان خطيِ محرك و سنسور، ضمن طراحي يك شاخص خرابي ساده و برازش منحني درجه دو بر نتايج حاصل، رابطه تقريبِ رياضي ميان ويژگي سيگنال با شدت خرابي حاصل شد. با توسعه پژوهش، مبتني بر تجارب حاصل از آزمايشات مقدماتي، در گام بعدي، ساخت يك ورق كامپوزيتي براي آزمايش نهايي با 16 لايه و چيدمان شبه¬همسانگرد از جنس اپوكسي تقويت شده با الياف شيشه به روش تزريق در خلا و ايجاد شبكه¬اي از محركها و سنسورها روي سازه در دستور كار قرار گرفته و سه نوع خرابي با ماهيت متفاوت شامل تورق، شكاف و سوراخ در آن ايجاد گرديد. به منظور كنترل و مديريت تجهيزات سخت افزاري و ايجاد شرايط بهينه براي اجراي آزمايش، با كدنويسي در پلتفرم لب¬ويو و همچنين جهت تحليل و تفسير نتايج استخراج شده، با كدنويسي در پلتفرم متلب، نرم افزارهاي مورد نياز توليد شد كه مي تواند براي ادامه تحقيقات حتي در ساير پيكربندي¬ها با شرايط آزمايشگاهي و نمونه¬هاي متفاوت ديگر نيز مورد استفاده قرار گيرد. پس از تقسيم سطح ورق كامپوزيتي به چهار ناحيه بر اساس چيدمان آرايه¬ايِ مبدلهاي پيزوالكتريك، نهايتاً 40 مسير مختلف روي سازه درنظر گرفته شد و ضمن تعويض نقش محرك و سنسور براي هر يك از مبدلهاي نصب شده بر روي سازه، با تحريك مبدل توسط فانكشن ژنراتور، امواج فراصوت هدايت شده در ورقِ تحت بررسي منتشر شده و براي هر مسير، با دريافت امواج توسط سنسورها، سيگنال مربوط به هر سنسور، بوسيله اسيلوسكوپ ديجيتال و نرم افزارِ طراحي شده، پس از نويززدايي، بر روي رايانه ذخيره گرديد. با استخراج ويژگي از سيگنالها بوسيله كدهاي نرم افزاري نوشته شده، طراحي شاخصهاي خرابيِ متنوع و مطالعه رخداد تغييرات در آنها به كمك روشهاي پيشرفته پردازش سيگنال در حوزه تلفيقي زمان و فركانس، نظير تبديل موجك انجام پذيرفت. نهايتاً امكان مقايسه سيگنالهاي دريافتي از نواحي مختلف سازه با هدف شناسايي و تشخيص عيوب و همچنين تمايز انواع مختلف آنها، بر اساس چگونگي تاثير هر يك از خرابيها بر ويژگيهاي امواج (اثر انگشت هر يك از انواع خرابيها روي امواج دريافتي)، با دقت قابل قبولي فراهم گرديد. در پايانِ اين پژوهش، با طراحي يك شبكه عصبي پرسپترون چند لايه از نوع پيش¬خور، ويژگيهاي استخراج شده از سيگنالها به عنوان ورودي براي آموزش شبكه با الگوريتم پس انتشار خطا در نظر گرفته شد. بر اين اساس شبكه عصبيِ طراحي شده توانست با عملكردي مناسب، اقدام به شناسايي عيوب (تمايز سازه سالم از معيوب) نموده و علاوه بر آن، نوع خرابي را نيز بر اساس الگوريتم طراحي شده، با خطاي قابل قبول تخمين بزند كه مي تواند راهكاري موثر در شناسايي و طبقه بندي انواع خرابيهاي محتمل در يك سازه كامپوزيتي ورقي با وضعيت نامعلوم و دلخواه باشد.

188996

دانشگاه علم و صنعت ايران

ساخت و توليد

دكتر محمد رياحي