پایش تندرستی سازه ها بر پایه ی پخش امواج هدایت شونده ی فراصوت برای آسیب های با هندسه ی خمیده

شناسایی آسیب در محصول ها و هم چنین زیرسازه های ساخت و تولیدی در کمترین زمان ممکن مساله ای است که کم و بیش تمامی صنایع به دنبال آن هستند. چنین نیازی، بخش های مختلف صنعتی را وادار به بکارگیری پاره ای از شکل های پایش تندرستی سازه ها (shm)می کند که دلیل آن فراهم سازی امنیت جانی بیشتر و نیز دستیابی به مزایای اقتصادی بهتری است که به کمک این روش ها قابل دستیابی است. در میان روش های گوناگون شناسایی آسیب در سازه های هوافضا، امواج هدایت شونده بیشترین توجه را به خود جلب کرده اند. بهره گیری از این امواج برای شناسایی آسیب در مواد و سازه های کم ضخامت از جنس فلزها و مواد مرکب، افق امیدوارکننده ای را در پایش تندرستی سازه های مهندسی به صورت به هنگام یا برخط به وجود آورده است. بر حسب نوع روش پردازش سیگنال و شیوه ی شناخت الگو، اطلاعات گوناگونی از سیگنال امواج هدایت شونده قابل استخراج است که بر پایه ی زمینه ی مورد بررسی، به سه حوزه ی زمان، فرکانس و زمان-فرکانس دسته بندی می شوند. به منظور افزایش دانش ما از آسیب در سازه، پس از جایابی و تعیین شدت (اندازه ی) آن، به نظر می رسد دستیابی به اطلاعات بیشتر در مورد هندسه ی آسیب ضروری است. با در نظر گرفتن این واقعیت که شکل ترک ها الزاما خطی نیست، در گام بعدی ارزیابی آسیب، شناسایی شکل ترک بسیار مهم به نظر می رسد. ابتدا در این مطالعه به منظور بررسی امکان بزرگایابی ترک با هندسه ی خمیده با بکارگیری امواج هدایت شونده، به بررسی شدت نسبی موج بازتابیده (rri) از آسیب در یک تیر آلومینیومی به عنوان محیط یک بعدی برای پخش امواج لمب، پرداخته می شود. سپس نشان داده می شود که این معیار به دلیل مقادیر یکسان برای ترک های با شکل ناهمسان، امکان دستیابی به یک مشخصه ی مناسب از سیگنال یک نمونه از آسیب را فراهم نمی کند. همچنین امکان بکارگیری نمودار پوش انرژی سیگنال دریافتی از سازه به منظور دستیابی به مشخصه ی مناسبی از یک آسیب در سازه، مورد ارزیابی قرار می گیرد. این روش نیز به دلیل نیاز اساسی به قسمت های مربوط به بازتاب موج از مرز سازه، چندان مناسب به نظر نمی رسد. ایده ی اثر انگشت دیجیتالی آسیب (ddf) به منظور از میان برداشتن عدم قطعیت های همراه با بکارگیری روش های استخراج مشخصه ی موجود در ارزیابی پارامترهای آسیب به کمک شبکه ی عصبی مصنوعی (ann)، پدید آمده است. در میان روش های گوناگون استخراج مشخصه از سیگنال، اثر انگشت دیجیتالی آسیب به عنوان یکی از بهترین گزینه ها برای استخراج مشخصه ای مناسب از سیگنال امواج هدایت شونده، شناخته می شود. در گام بعدی، برای نخستین بار به کمک روش اثر انگشت دیجیتالی آسیب، تخمین هندسه و اندازه ی آسیب برای ترک های عرضی با هندسه ی خمیده در سازه های تیر مانند، به صورت نظام مند بر مبنای یک تحلیل وارون، به دقت مورد بررسی قرار می گیرد. با بهره گیری از پایگاه داده ی آسیب (dpd) که شامل تعدادی کافی از اثر انگشت های دیجیتالی آسیب های گوناگون می باشد، آموزش شبکه عصبی به عنوان یک ابزار پر کاربرد در فرآیند هوش مصنوعی و تخمین پارامترهای ترک در تیر مورد مطالعه، انجام می شود. نتیجه ها نشان می دهند که در مقایسه با بزرگی دامنه ی سیگنال، محتوای فرکانسی آن (استخراج شده از نقطه های سرشت نمای سیگنال دریافتی با بکارگیری تبدیل موجک) به شکل آسیب حساسیت بیشتری داشته و نقش موثرتری در تخمین انحنای ترک به عنوان بخش اصلی هندسه ی آن ایفا می کند. در مقابل، اثر انگشت های دیجیتالی شامل دامنه ی نقطه های سیگنال نسبت به اثر انگشت های دیجیتالی شامل محتوای فرکانسی سیگنال، اندازه ی آسیب را با مقادیر خطای کمتری تخمین می زند. در پایان می توان نتیجه گرفت که با بهره گیری از پخش امواج هدایت شونده ی فراصوت برانگیخته و دریافت شده با بکارگیری به کاراندازنده و حسگر ویفری پیزوالکتریک، برآورد قابل قبولی از اندازه و انحنای ترک در یک تیر آلومینومی قابل دستیابی است.