Non-destructive approach for defect detection in concrete structures by em waves with FDTD techniques
Beton yapılarda kusur tespitinde ZUSF tekniği kullanarak em dalgalar aracılığıyla tahribatsız yaklaşım
- Tez No: 688145
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEBAHATTİN EKER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Matematik, İnşaat Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Mathematics, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Matematik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Matematik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 158
Özet
Bu çalışmada; beton numuneler üç gruba ayrılarak, betonun ve beton yapılarda kullanılabilen inşaat malzemelerinin elektromanyetik karakteristiği kullanılarak hem simülasyon hem de tahribatsız ölçüm yapılmıştır. Beton yapılar nem ve sıcaklık gibi çevresel faktörler sebebiyle, deprem gibi ani enerji değişimlerine maruz kalmakla ya da zamanla yıpranmasından dolayı kusurlar içerebilir. Bu kusurların beton yapının kullanım ömrü uzunluğu açısından kontrol edilmesi gerekmektedir. Beton yapılardaki en temel kusur beton yüzeyinde bulunup belirli bir derinliğe inebilen yüzey kırıkları ya da dış kısımdan gözlemlenemeyen iç kırıklardır. Kırıkların doğal oluşum sürecinden dolayı belirli bir şekilleri yoktur. Çalışmamızda yüzey kırıklarını ifade etmek için dikdörtgensel adım fonksiyonu ve dinamik geometri kullanılmıştır. Daralan dikdörtgenlerin birbiri ardınca betonun iç kısmına doğru eklenmesiyle daha derine inen bir kırık ifade edilirken bir çemberin orijini başka bir çemberin teğet noktası olacak şekilde çemberlerin birbirini takip etmesiyle nispeten daha yüzeysel bir kırık ifade edilmiştir. İç kırığı ifade etmek için integral tanımı ifadesinde kullanılan iki eğri arasında kalan alan ifadesi kullanılmıştır. Betonun iç kısmındaki kırık iki eğri arasında kalan alan yani Riemann integral bölgesi olup bu bölgenin hava ile dolu olduğu kabul edilmiştir. Riemann integral tanımından bilindiği üzere iki eğri arasındaki alanın parçalanışları ne kadar ince alınırsa alan gerçeğe o kadar yakın ifade edilmiş olduğundan beton içindeki hava ile dolu alanın ince parçalanışı alınarak gerçeğe en yakın kırık modellemesi yapılmıştır. Bir beton yapı sadece betondan ibaret olmayıp, betonla birlikte inşaat demiri, harç, taş ve tuğla bir arada bulunabilir. Ayrıca nem oranının çok yüksek olduğu çevrelerde kolon inşasında betonla birlikte kompozit malzemeler birlikte kullanılabilir. Bu durumlar göz önünde bulundurularak harç, taş ve toprak içeren katmanlı dikdörtgensel beton yapılarla birlikte beton dolgulu kompozit kazıkların da modellemesi yapılmıştır. Beton numunelerin geometrisi, kırık şekli, katmanlı olma durumundaki içeriği ve beton dolgulu kompozit malzemelerin şekli belirlendikten sonra elektromanyetik dalganın yayılımının simülasyonunda yaygın kullanılan Zaman Uzayında Sonlu Farklar (ZUSF) yardımıyla numuneler simüle edilmiştir. Gauss dalgalarının frekans modülasyonu diğer dalga formlarına kıyasla daha kolay olduğundan simülasyonlarda giriş sinyali olarak kullanılır. nümerik simülasyonda hesaplama bölgesini sonlandırmak ve sınıra gelen dalgaların tekrar hesaplama alanına girmesini engellemek amacıyla soğurucu sınır koşulu kullanılır. Simülasyonlarda hem enine elektrik alan hem de enine manyetik alan dalgaları kullanılarak sonuçları karşılaştırılmıştır. Simülasyonu yapılan ve farklı derinliklerde yüzey kırığı içeren iki tane dikdörtgensel beton numune, bir tane iç kırık içeren silindirik beton numune, bir tane de inşaat demiri ve hava boşluğu içeren silindirik beton numune hazırlanmış ve hava ortamında kurutulmuştur. Hazırlanan numuneler Vivaldi anten dizisi ve vektör ağ analizörü kullanılarak 0.4-4.0 GHz frekans aralığında yankısız odada ölçülüp saçılma parametreleri elde edilmiştir. Saçılma parametrelerinden elde edilen yansıma ve iletim katsayıları ile ZUSF kullanılarak elde edilen yansıma ve iletim katsayıları karşılaştırılarak sonuçlar grafiklerle gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study; concrete samples are divided into three groups and both simulation and non-destructive measurements are made using the electromagnetic characteristics of concrete and construction materials that can be used in concrete structures. Concrete structures may contain defects due to environmental factors such as humidity and temperature, exposure to sudden energy changes such as earthquakes or wear over time. These defects need to be checked for the service life of the concrete structure. The most basic defects in concrete structures are surface cracks that can be found on the concrete surface and can go down to a certain depth, or internal cracks that cannot be observed from the outside. Cracks do not have a definite shape due to the natural formation process. In our study, rectangular step function and dynamic geometry are used to express surface cracks. By adding the narrowing rectangles one after another towards the inside of the concrete, a deeper crack is expressed, while a relatively shallow crack is expressed by the succession of circles, with the origin of one circle being the tangent point of another circle. The area between the two curves used in the integral definition is used to express the inner crack. The crack in the interior of the concrete is the area between the two curves, namely the Riemann integral region, and this region is assumed to be filled with air. As it is known from the Riemann integral definition, the finer the partition of the area between the two curves is taken, the closer the area is to reality, so the crack modeling closest to reality is made by taking the fine partition of the air-filled area in the concrete. A concrete structure does not only consist of concrete, but also rebar, mortar, pavement and masonry can be found together with concrete. In addition, in environments with very high humidity, composite materials can be used together with concrete in the construction of piles. Considering these situations, modeling of concrete filled composite piles is made together with layered rectangular concrete structures containing mortar, masonry and soil. After determining the geometry of concrete samples, crack shape, content of layered samples and shape of concrete filled composite materials, samples are simulated with the help of FDTD, which is widely used in the simulation of electromagnetic wave propagation. Gaussian waves are used as input signals in simulations because frequency modulation is easier compared to other waveforms. In the numerical simulation, an absorber boundary condition is used to terminate the calculation region and to prevent the waves coming to the boundary from re-entering the calculation area. The results are compared using both transverse electric field and transverse magnetic field waves in the simulations. Two rectangular concrete specimens with surface cracks at different depths, one cylindrical concrete specimen with internal crack, and one cylindrical concrete specimen with rebar and avoids are prepared and dried in air. The prepared samples are measured in an anechoic chamber in the frequency range of 0.4-4.0 GHz using Vivaldi antenna array and vector network analyzer and scattering parameters are obtained. The reflection and transmission coefficients obtained from the scattering parameters and the reflection and transmission coefficients obtained from FDTD calculation are compared and the results are shown in figures.
Benzer Tezler
- Internal porosity detection with a non-destructive testing approach in additively manufactured samples
Eklemeli imalat ile üretilmiş numunelerde tahribatsız muayeneyaklaşımı ile iç boşluk tespiti
MUSTAFA OZAN AYVERDİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ÖNLER
- Girdap akımları temelli bir hata tespiti yaklaşımının gerçek zamanlı gerçeklenmesi
Real time implementation of a eddy current based defect detection approach
MURAT ÇELİKADAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN URHAN
- Yapay zekâ ve sinyal işleme yöntemleri ile rulmanlarda taşlama yanığı hatasının tespiti
Detection of grinding burn defect in bearings with artificial intelligence and signal processing methods
NURDOĞAN CEYLAN
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEZGİN KAÇAR
- Assessment of properties and mechanical behavior of novel Al/Mg cast alloys
Yeni nesil Al/Mg dökme alaşımlarının özelliklerinin ve mekanik davranışının değerlendirilmesi
KAMİL ARMAĞAN GÜL
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ÖZGÜR ASLAN
- Alüminyum döküm hatalarının derin öğrenme yaklaşımıyla tespiti ve sınıflandırılması
Detection and classification of aluminum casting defects by deep learning approach
İSMAİL ENES PARLAK
Doktora
Türkçe
2022
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL EMEL