Development and experimental verification of a structural health monitoring system for composite beams with embedded fibre Bragg grating sensors
Gömülü fiber Bragg ızgara algılayıcılar ile donatılmış kompozit kirişler için bir yapısal sağlık izleme sisteminin geliştirilmesi ve deneysel doğrulaması
- Tez No: 474868
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Yapısal Sağlık İzleme, faal bir yapı üzerindeki olumsuz değişimleri ve hasarları izleme ve tespit etme yöntemlerinin uygulamasını ve geliştirilmesini kapsayan bir disiplindir. Bu çalışma kompozit kirişlerin gömülü Fiber Bragg Izgara (FBG) algılayıcılarla bir Yapısal Sağlık İzleme sisteminin geliştirilmesini ve çeşitli deneyler ile doğrulanmasını anlatmaktadır. Gömülü algılayıcılı kompozit üretiminde dikkat edilmesi gereken bazı hususlar bulunmaktadır. Bu bağlamda, fiber optik telin kompozit yapı giriş ve çıkış bölgelerindeki gerilme yığılmalarından kopmaması için üretimlerde giriş ve çıkış bölgelerine koruyucu teflon tüpler eklenmiştir. Ayrıca fiber optik telin ucundaki sorgulayıcı bağlantıları, yüksek otoklav sıcaklıklarına dayanıksız olduğundan, sorgulayıcı bağlantıları kesilmiş, üretimden sonra ise füzyon ek cihazıyla tekrar fiber optik tellere bağlanmıştır. Bu çalışmada üç adet doğrulama deneyi yapılmıştır; bunlar çekme, titreşim ve yorulma burulma deneyleridir. Deneysel doğrulama, gömülü algılayıcıların yüzeye monte algılayıcılarla karşılaştırılmasıyla yapılmıştır. Gömülü ve yüzeye monteli FBG arasındaki ilişkinin belirlenmesi için sonlu elemanlar analizleri ile her bir deney için kesit boyunca gerinim dağılımı hesaplanmıştır. Eğer gömülü algılayıcılar gerekli gerinim dağılımını sağlarsa, geliştirilen yapısal sağlık izleme sisteminin düzgün bir şekilde çalışmış olduğu gösterilmiş olacaktır. Ayrıca, yüzeye monteli FBG algılayıcı ve gerinim ölçer verileri karşılaştırılmıştır. İki algılayıcı da sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen gerinim dağılımını sağlamaktadır. Gürültü sinyalleri iki algılayıcı için elde edilmiş ve birbirleriyle hem zaman hem de frekans düzleminde karşılaştırılmıştır. Deneylerin sonucunda, gömülü algılayıcıların sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen gerekli gerinim koşullarını sağladığı görülmektedir. Serbest titreşim deneylerinde, kompozit numunelere gömülü algılayıcılar ilk iki düzlem dışı eğilme moduna karşılık gelen rezonans frekans değerlerini yüzeye monte algılayıcılarla aynı değerde ölçmüştür. Ayrıca FBG algılayıcıların gürültü bazında gerinim ölçerlerden daha iyi performans gösterdiği de gözlemlenmiştir. Üç farklı deney sonucunda gömülü algılayıcı içeren yapısal sağlık izleme sisteminin düzgün bir şekilde çalıştığı gösterilmiş ve sonuçta FBG algılayıcı teknolojisinin kompozitler üzerinde başarıyla uygulanabildiği de görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Structural Health Monitoring (SHM) is a discipline of development and application of monitoring and detecting adverse changes and damage in a structure in operation. This study explains development of a SHM system of composite beams with embedded Fibre Bragg Grating (FBG) sensors and its verification through experiments. There are considerations that require attention during manufacturing of composite specimens with embedded sensors. During manufacturing, protective teflon tubes are added to the ingress and egress regions to prevent fibre-optic wire breaking due to stress concentrations. Moreover, as interrogator connectors at the tip of fibre optic wires cannot stand high autoclave temperatures, they are cut and joined back to fibre optic wires again after manufacturing through fusion splicer device. There are three types of experiments performed for the verification; tension, vibration and fatigue torsion. The verification is done through comparing embedded FBG sensors data to that of corresponding surface mounted ones. To establish strain relation between embedded and surface mounted FBG sensors, strain distributions over the cross-section of the beam are calculated by finite element analyses (FEA) for each experiment. When embedded sensors satisfy the obtained strain distributions in each experiment, the developed SHM system with embedded FBG sensors will be proved to work properly. Furthermore, data of the surface mounted FBG sensor and the strain gauge are also compared in tension experiments. They both satisfy strain distributions calculated from FEA. Noise signals of both sensors are extracted and compared in both time and frequency domains. As a result of the experiments, strain data of the embedded FBG sensors satisfy necessary strain conditions calculated from FEA for each experiment. In free vibration experiment, embedded sensors successfully capture the resonance frequencies corresponding to the first two out-of-plane bending modes of the composite specimen, values of which are the same as the ones captured by the surface mounted FBG's. Moreover, FBG sensors are observed to have better performance than strain gauges in terms of noise content. Results of three types of experiments verify that the SHM system with embedded FBG sensors works properly. Therefore, it is shown that embedded sensor technology can successfully be applied on composite specimens.
Benzer Tezler
- Haliç metro köprüsü sağlık izleme sistemi ve üç boyutlu doğrusal sonlu eleman modeli geliştirilmesi
Health monitoring system of golden horn metro bridge and development of three dimensional linear finite element model
ÖMER GALİP PINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ERKUŞ
- İlaç etken maddesi endüstrisinde validasyon uygulamaları
Validation in active pharmaceutical ingredients industry
REFİYE TAHİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. SERDAR YAMAN
- Mühendislik yapılarında hasar tespiti ve uzun süreli yapı sağlığı izlemesi için geliştirilen mühendislik yazılımları
Development of engineering softwares for damage detection and long-term structural health monitoring of engineering structures
FATİH YESEVİ OKUR
Doktora
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CAN ALTUNIŞIK
- Taban külü atığı ve pomza agregası kullanılarak çimento esaslı ve geri dönüştürülmüş polietilen tereftalat (PET) içerikli kompozit üretimi ve optimizasyonu
Production and optimization of cement based and recycled polyethylene terephthalate (PET) composite using bottom ash waste and pumice aggregate
ARZU ÇAKMAK
Doktora
Türkçe
2023
MimarlıkAkdeniz ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACER MUTLU DANACI
DOÇ. DR. SALİH TANER YILDIRIM
- A system dynamics approach to economic growth model from a demographic perspective: An economic demography model proposal
Ekonomik büyüme modeline demografik bakış açısı ile bir sistem dinamiği yaklaşımı: Bir ekonomik demografi modeli önerisi
GÖZDEM DURAL SELÇUK
