مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شناسایی تجربی خرابی در تیر با استفاده از سیستم محرک دینامیکی و تبدیل موجک بسته‌ای و شاخص نرخ انرژی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد ملکان، دانشگاه آزاد اسلامی، ملکان، ‌ایران
2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ‌ایران
3 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ‌ایران
چکیده
بسیاری از شکست‌های سازه‌ای به‌سبب گسیختگی مواد تشکیل‌دهنده رخ می‌دهند. آغاز این گسیختگی‌ها توام با ترک است که با گسترش خود به‌عنوان تهدید جدی برای رفتار سازه محسوب می‌شوند. در این راستا روش‌های پایش سلامت سازه‌ها، موضوع تحقیقات پردامنه‌ای است که تاکنون انجام شده است و کماکان ادامه دارد. در این مقاله که به‌صورت آزمایشگاهی صورت گرفته، یک سیستم جدید مکانیکی پرتابل هوشمند برای شناسایی خرابی در سازه‌های تیری شکل با استفاده از شاخص نرخ انرژی بر پایه موجک بسته‌ای معرفی شده است. در ابتدا تاریخچه شتاب- زمان از نقاط تیر دو سر مفصل ساده با استفاده از سنسورهای شتاب‌سنج برداشت می‌شود و سپس این سیگنال‌ها به مولفه‌های موجک بسته‌ای تجزیه می‌شوند و شاخص نرخ انرژی برای هر کدام محاسبه می‌شود که آن را با Wavelet Packet Energy Rate Index (WPERI) نشان می‌دهند. نتایج نشان می‌دهند که این مقادیر، شاخص‌های حساس و دقیقی برای شناسایی ترک هستند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Study of Damage Detection in Beam Using Dynamic Excitation System and Wavelet Packet Transform and Energy Rate Index

نویسندگان English

M. Kohdaragh 1
M.A. Lotfollahi Yaghin 2
M.M. Etefagh 3
A.R. Mojtahedi 2
1 Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Malekan Branch, Islamic Azad University, Malekan, Iran
2 Civil Engineering Faculty, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Mechanic Engineering Department, Mechanic Engineering Faculty, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

Most of structural failures are because of break in consisting materials. Beginning of these breaks is with crack, whose extension is a serious threat to behavior of structure; so, the methods of distinguishing and showing cracks are the most important subjects, which are being investigated. In this article, by experimental, a new smart portable mechanical system to detect damage in beam structures by wavelet packet energy rate index is introduced. At first, acceleration-time history is taken from the points of the simple support beam, using the accelerometer sensors, and then these signals are decomposed into packet wavelet components and the energy rate index is calculated for each, which is named by Wavelet Packet Energy Rate Index (WPERI). The results indicate that these values are a sensitive and accurate index for the identification of the cracks.

کلیدواژه‌ها English

Damage detection
Dynamic System
Energy rate index
Wavelet Packet
Lotfollahi-Yaghin MA, Koohdaragh M. Examining the function of wavelet packet transform (WPT) and continues wavelet transform (CWT) in recognizing the crack specification. KSCE Journal of Civil Engineering. 2011;15(3):497-506. [Link] [DOI:10.1007/s12205-011-0925-2]
Koohdaragh M, Lotfollahi-Yaghin MA, Ettefagh MM, Mojtehedi A, Beyghbabaye B. Damage detection in beam-like structure based on wavelet packet. Scientific Research and Essays. 2011;6(7):1537-1545. [Link]
Ge M, Lui EM. Structural damage identification using system dynamic properties. Computers & structures. 2005;83(27):2185-2196. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruc.2005.05.002]
Jiang LJ, Tang J, Wang KW. An enhanced frequency-shift-based damage identification method using tunable piezoelectric transducer circuitry. Smart Materials and Structures. 2006;15(3):799. [Link] [DOI:10.1088/0964-1726/15/3/016]
Lu ZR, Liu JK, Huang M, Xu WH. Identification of local damages in coupled beam systems from measured dynamic responses. Journal of Sound and Vibration. 2009;326(1-2):177-189. [Link] [DOI:10.1016/j.jsv.2009.04.028]
Ding L, Hao H, Zhu X. Evaluation of dynamic vehicle axle loads on bridges with different surface conditions. Journal of Sound and Vibration. 2009;323(3-5):826-848. [Link] [DOI:10.1016/j.jsv.2009.01.051]
Wyss JC, Su D, Fujino Y. Prediction of vehicle-induced local responses and application to a skewed girder bridge. Engineering Structures. 2011;33(4):1088-1097. [Link] [DOI:10.1016/j.engstruct.2010.12.020]
Wu SQ, Law SS. Vehicle axle load identification on bridge deck with irregular road surface profile. Engineering Structures. 2011;33(2):591-601. [Link] [DOI:10.1016/j.engstruct.2010.11.017]
Neves SGM, Azevedo AFM, Calçada R. A direct method for analyzing the vertical vehicle-structure interaction. Engineering Structures. 2012;34:414-420. [Link] [DOI:10.1016/j.engstruct.2011.10.010]
Wu SQ, Law SS. Evaluating the response statistics of an uncertain bridge-vehicle system. Mechanical Systems and Signal Processing. 2012;27:576-589. [Link] [DOI:10.1016/j.ymssp.2011.07.019]
Mallat SG. A theory for multiresolution signal decomposition: The wavelet representation. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1989;11(7):674-693. [Link] [DOI:10.1109/34.192463]
Coifman RR, Wickerhauser MV. Entropy-based algorithms for best basis selection. IEEE Transactions on Information Theory. 1992;38(2):713-718. [Link] [DOI:10.1109/18.119732]
Sun Z, Chang CC. Structural damage assessment based on wavelet packet transform. Journal of Structural Engineering. 2002;128(10):1354-1361. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9445(2002)128:10(1354)]
Daubechies I. Ten lectures on wavelets. Philadelphia: SIAM; 1992. [Link] [DOI:10.1137/1.9781611970104]
Asgarian B, Aghaeidoost V, Shokrgozar HR. Damage detection of jacket type offshore platforms using rate of signal energy using wavelet packet transform. Marine Structures. 2016;45:1-21. [Link] [DOI:10.1016/j.marstruc.2015.10.003]
Zhou J, Li Z, Chen J. Damage identification method based on continuous wavelet transform and mode shapes for composite laminates with cutouts. Composite Structures. 2018;191:12-23. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruct.2018.02.028]
Liu K, Yan RJ, Soares CG. Damage identification in offshore jacket structures based on modal flexibility. Ocean Engineering. 2018;170:171-185. [Link] [DOI:10.1016/j.oceaneng.2018.10.014]
Ovanesova AV, Suárez LE. Applications of wavelet transforms to damage detection in frame structures. Engineering Structures. 2004;26(1):39-49. [Link] [DOI:10.1016/j.engstruct.2003.08.009]
Yen GG, Lin KC. Wavelet packet feature extraction for vibration monitoring. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2000;47(3):650-667. [Link] [DOI:10.1109/41.847906]
Hua-Sing Ang A, Tang HW. Probability concepts in engineering planning and design: Basic principles. Hoboken: Wiley; 1975. [Link]
Han JG, Ren WX, Sun ZS. Wavelet packet based damage identification of beam structures. International Journal of Solids and Structures. 2005;42(26):6610-6627. [Link] [DOI:10.1016/j.ijsolstr.2005.04.031]