Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi

Pekedis, Mahmut; YILDIZ, HASAN

Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi

Mahmut PEKEDİS, (Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İzmir, Türkiye)

Hasan YILDIZ (Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İzmir, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

7 0

Yıl: 2016 Cilt: 31 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 813 - 831 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi

Öz:

Bu çalışmada, model tabanlı hasar tespit tekniği algoritmaları, iç bölgelerinde delaminasyon içeren tabakalı kompozit kiriş ve levhaya uygulanmıştır. Başlangıçta, sağlıklı ve delaminasyon içeren tabakalı kompozit kiriş, deneysel olarak modal testler uygulanarak doğal frekanslar bulunmuştur. Daha sonra, sağlıklı ve hasarlı yapıya ilişkin ölçülen doğal frekanslar nümerik yöntem sonuçları ile doğrulanmıştır. Doğrulanma işlemleri tamamlandıktan sonra, sonlu elemanlar yöntemi, delaminasyon içeren tabakalı kompozit bir kiriş ve levha üzerinde uygulanıp mod şekilleri çıkartılmıştır. Mod şekillerinden eğrilik yüzeyleri çıkartılmış ve daha sonra aralıklı düzgünleştirme metodu (ADM) ile birim şekil değiştirme enerjisinde (BŞDE) kullanılarak delaminasyonun olduğu bölgeler tespit edilmiştir. Kompozit levhadaki hasar tespitleri iki farklı durum için değerlendirilmiştir. Birinci durum da, yapının başlangıçtaki sağlık durumunun biliniyor varsayımı ile tanılamalar yapılmıştır. Ancak bazen hasar tespiti yapılırken hasara uğramış yapının, hasara uğramadan önceki verileri bulunmayabilir. Bu amaçla, ikinci durumun değerlendirilmesinde hasarlı yapıya ait eğrilik modları, yüzey uydurma algoritmasıyla hasara uğramamış gibi kabul edilerek hasar tespitleri yapılmıştır. Hasar teşhisi için her iki algoritma her iki durum için değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, laboratuvar ortamında kompozit malzemelerden imal edilen kompozit kiriş ve levhanın iç bölgelerinde oluşan delaminasyonlar, deneysel veya nümerik yöntemlerden alınan verilerin model analiz tabanlı YSİ yaklaşımlarında kullanılmasıyla, tahribatsız bir şekilde tahmin edilebileceği kanaatine varılmıştır.

Anahtar Kelime:

Damage diagnosis of a laminated composite beam and plate via model based structural health monitoring techniques

Öz:

In this study, model based damage identification algorithms were applied for a delaminated composite beam and plate. Initially, natural frequencies of healthy and delaminated beam were measured via experimental modal analysis. Next, the natural frequencies obtained by experimental method were verified with the finite element analysis. Once the validation has been fulfilled, the next step was to apply the finite element analysis to extract the mode shapes. Then, the curvatures mode shapes were obtained from the mode shapes, and these parameters were used in the gapped smooth method (GSM) and strain energy method (SEM) to detect the location and size of the delamination. The damage diagnosis technique for composite plate was evaluated for two cases. In the first case, it was assumed that the initial health information of a structure is known. However, the information of an undamaged structure may not be available during the diagnosis process for some circumstances. Therefore, the diagnosis was conducted by evaluating the curvatures of damaged structure using surface fit techniques in order to predict the initial status for the second case. Both of the two damage detection algorithms were evaluated for these two cases. The results show that, the delamination of laminated composite beam and plate could be predicted non-destructively by employing the data obtained from experimental or numerical technique in model based SHM approach for laboratory conditions.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

Farrar C.R., Worden K., Structural Health Monitoring: A Machine Learning Perspective, John Wiley & Sons Ltd. First edition, Chichester, United Kingdom, 2013.
Moyo P., Brownjohn J.M.W., Suresh R., Tjin S.C., Development of fiber bragg grating sensors for monitoring civil infrastructure, Eng. Struct., 27 (12), 1828-1834, 2005.
Mascarenas D., Choi Y., Kim H.C., Pekedis M., Yıldız H., Plont C.A, Brown M.C., Park G., Hahn H., Lee J.R., Farrar C.R., A vibro-haptic human-machine interface for structural health monitoring, The 9th International Workshop on Structural Health Stanford, CA, USA., 1171-1178,
Ko J.M., Ni Y.Q., Technology developments in structural health monitoring of large scale bridges, Eng. Struct., 27 (12), 1715-1725, 2005.
Kessler S.S., Piezoelectric-Based in situ damage detection of composite materials for structural health monitoring systems, Ph.D. Dissertation, Massachusetts Institute of Technology, USA, 2002.
Doebling SW., Farrar, C.R., Prime MB., A Summary Review of Vibration-Based Damage Identification Methods., Shock Vbr Dig, 20, 91-105, 1998.
Pekedis M., Mascerañas D., Turan G., Ceylan H., Ercan E., Farrar C.R., Yıldız H., Structural Health Monitoring via Human-Machine Interface, 6th World Conference on Structural Control and Monitoring, Barcelona, Spain, 167-171, July 15-17, 2014.
Carden E.P., Funning P., Vibration Based Condition Monitoring: A Review, Structural Health Monitoring, 3 (4), 355-77, 2004.
Doebling S.W., Farrar C.R., Prime M.B., Daniel W.S., Damage Identification and Health Monitoring of Structural And Mechanical Systems From Changes in Their Vibration Characteristics: A Literature Review", Los Alamos National Laboratory, Report No: LA- 13070-MS, May, 1996.
Kim J.I., Ryu Y.S., Hyun M.C., Stubbs N., Damage identification in beam type structures; frequency based method v/s mode based method, Eng. Struct., 25 (1), 57-67, 2003.
Hamey C.S., Lestari W., Qiao P., Song G., Experimental damage identification of carbon/epoxy composite beam using curvature mode shapes, Structural Health Monitoring, 3 (4), 333-353, 2004.
Zhang Z., Shankar K., Morozov E.V., Tahtali M., Vibration-based delamination detection in composite beams through frequency changes, J. Vib. Control, 1 (17), May 20, 2014.
Garcia D., Palazzetti R., TrendaŞlova I., Fiorini C., Zucchelli A., Vibration-based delamination diagnosis and modelling for composite laminate plates, Compos. Struc., 130, 155-162, 2015.
Pekedis M., Mascerañas D., Turan G., Ercan E., Farrar C.R., Yıldız H., Structural health monitoring for bolt loosening via a non-invasive vibro-haptics human- machine cooperative interface, Smart Mater. Struct., 24, 085018 [20 pages], 2015.
Alnefaie K., Finite Element Modeling of composite plates with internal delamination, Compos. Struc., 90, 21-27, 2009.
Pandey A.K., Biswab, M., Damage detection in structures using changes in flexibility, J. Sound Vib., 169, 1, 3-17, 1991.
Sampaio R.P.L., Maia N.M.M., Silva J.M.M., Damage detection using frequency response function curvature method curvature method, J. Sound Vib., 226 (5), 1029-1042, 1999.
Zhang Z., Akhtan A.E., Application of modal flexibility and its derivatives in structural identification, Research In Non-Destructive Evaluation, 10, 43-61, 1998.
Wu D., Law, S.S., Damage localization in plate, structures from uniform load surface curvature, J. Sound Vib., 276, (1-2), 227-244, 2003.
Gao Y., Spencer B.F., Bernal D., Experimental verification of the flexibility-based damage locating vector method, J. Eng. Mech., 133 (10), 1043-1049, 2007.
Qiao P., Lestari W., Shah M., Wang J., Dynamics based damage detection of composite laminated beams using contact and noncontact measurement systems, J. Compos. Mater., 41, (10), 1217-36, 2007.
Mujumdar P., Suryanarayan S., Flexural vibrations of beams with delamination, J. Sound Vib., 125, 441-461, 1988.
Qiao P., Lu K., Lestari W., Wang J., Curvature mode shape-based damage detection in composite laminated plates, Compos. Struct., 80 (3), 409-428, 2007.
Grouve W.J.B., Warnet L, Boer Ad vd., delamination detection with fibre bragg gratings based on dynamic behaviour, Composites Science and Technology, (68), 2418-2424, 2008.
Sankar B.V., A Şnite element for modeling delaminations in composite beams, Computer and Structures, 38 (2), 239-46, 1991.
Fırat F.K., Eren A., Investigation of FRP effects on damaged arches in historical masonry structures, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (4), 659-670, 2015.
Yılmaz O., Bekiroğlu S., The effect of reinforcing panel zone of bolted end plate column beam connections, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (2), 241-253, 2016.
Gopalakrishnan S., Ruzzene M., Hanagad S., Computational Techniques for Structural Health Monitoring, Springer, London, 2011.
Pekedis M., Kompozit malzemeler için yapı izleme ve bakım sistemi, Doktora Tezi, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014.

APA	Pekedis M, YILDIZ H (2016). Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. , 813 - 831.
Chicago	Pekedis Mahmut,YILDIZ HASAN Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. (2016): 813 - 831.
MLA	Pekedis Mahmut,YILDIZ HASAN Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. , 2016, ss.813 - 831.
AMA	Pekedis M,YILDIZ H Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. . 2016; 813 - 831.
Vancouver	Pekedis M,YILDIZ H Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. . 2016; 813 - 831.
IEEE	Pekedis M,YILDIZ H "Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi." , ss.813 - 831, 2016.
ISNAD	Pekedis, Mahmut - YILDIZ, HASAN. "Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi". (2016), 813-831.

APA	Pekedis M, YILDIZ H (2016). Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(4), 813 - 831.
Chicago	Pekedis Mahmut,YILDIZ HASAN Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 31, no.4 (2016): 813 - 831.
MLA	Pekedis Mahmut,YILDIZ HASAN Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.31, no.4, 2016, ss.813 - 831.
AMA	Pekedis M,YILDIZ H Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2016; 31(4): 813 - 831.
Vancouver	Pekedis M,YILDIZ H Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2016; 31(4): 813 - 831.
IEEE	Pekedis M,YILDIZ H "Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31, ss.813 - 831, 2016.
ISNAD	Pekedis, Mahmut - YILDIZ, HASAN. "Tabakalı kompozit bir kiriş ve levhada hasar tespitinin model tabanlı yapı sağlığı izleme teknikleriyle belirlenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 31/4 (2016), 813-831.