بخش هایی از متن پایان نامه :

فصل اول

مقدمه‌اي بر مانيتورينگ سلامت سازه

 

1         مقدمه‌اي بر مانيتورينگ سلامت سازه

1-1       مقدمه

1-1-1     مفهوم مانيتورينگ سلامت سازه

با روي کار آمدن مواد هوشمند و مواد مرکب زمينه براي ظهور روشي نوين در تکنولوژي کشف آسيب فراهم گردید. روش‌هاي سنتي کشف آسيب بسيار زمان‌بر و پر هزينه بوده و از نظر ايمني نيز عملکرد پاييني داشتند. امروزه تکنولوژي مانيتورينگ سلامت با بهره‌گيري از روش‌هاي ارزيابي و تست‌هاي غير‌مخرب و شبکه حسگري قوي بهترين سيستم کشف آسيب در سازه‌هاي، عمراني، هوايي، دريايي، صنايع نفت و گاز و… مي‌باشد. مانيتورينگ سلامت سازه‌ها، سيستم نظارت و مانيتورينگ خودکاري می باشد که هدف آن کشف عيب‌هاي سازه‌اي در طول عمر يک سازه مي‌باشد و اين امر بوسيله بهره گیری از شبکه‌هاي حسگري سراسري انجام مي‌گردد [54,61]. در اين بخش توضيحاتي در مورد انگيزه ايجاد مانيتورينگ، مقدمات بهره گیری از آن، انواع حسگر و تکنيک‌هاي مانيتورينگ سلامت ارائه شده و در فصل‌هاي آتي اين توضيحات کامل‌تر مي‌شوند.

تكنولوژي [1]SHM، مانيتورينگ خودكار و كنترل شرايط فيزيكي سازه مي‌باشد که بوسيله آن در طي فرآيند تعمير و نگه‌داري, هزينه و زمان از كار افتادگي هواپيما(زمين گير شدن) بطور گسترده كاهش يافته و سبب کمينه سازي خطاي انساني مي‌گردد [4,14,48,60]. SHM روش نويني براي صنعت تعمير و نگه‌داري خلق کرده می باشد. مانيتورينگ سلامت، تعمير و نگه‌داري بر اساس شرايط[2] كه به شرايط حقيقي اجزاي هواپيما وابسته می باشد را توصيه کرده می باشد كه نسبت به روش سنتي رايج يعني تعمير و نگه‌داري بر اساس زمان[3] كه به تعداد ساعات پروازي اجزاي هواپيما[4] وابسته بوده مزيت‌هاي فراوان‌تري دارد(در بخش‌هاي آتي بطور مفصل توضیح داده مي‌شوند). [60]

از ديگر فوايد اين تکنولوژي، توانايي بهينه‌سازي طراحي سازه، بوسيله تعبيه سيستم SHM در مرحله طراحي و ساخت مي‌باشد. تعبيه اين سيستم در مرحله طراحي و ساخت سبب کاهش نياز به طراحي بيشينه سازه‌هاي كامپوزيتي(بهينه‌سازي و لوپ زدن)، مي‌گردد [4,48,53,60]. اهداف اصلي طراحان و مهندسان سازه بويژه در صنايع هوايي افزايش ايمني، عملکرد و كاهش وزن سازه و هزينه‌ها(هزينه‌هاي عملياتي) مي‌باشد که اجراي کامل و سراسري سيستم مانيتورينگ، کليه اين اهداف را ارضا مي‌کند.

در اين فصل آغاز به بررسي مفاهيم پايه‌اي مانيتورينگ سلامت سازه‌ پرداخته شده و پس از بررسي انواع آسيب‌هاي سازه‌اي, الگوريتم روش مانيتورينگ سلامت شناسايي مي‌گردد. در ادامه با ارائه ساختارهاي سنتي صنعت تعمير و نگه‌داري سازه‌اي به بررسي صرفه‌جويي در زمان و هزينه تعمير و نگه‌داري پرداخته شده و تغييرات اساسي ايجاد شده بوسيله سيستم‌هاي SHM در صنعت تعمير و نگه‌داري هوايي مورد بررسي قرار مي‌گيرند. در نهايت مکانيزم عملکرد انواع تکنيک‌ها و حسگرهاي بکار رفته در سيستم مانيتورينگ تشريح شده و ويژگي و يا معايب هرکدام نسبت به تکنيک‌ها يا حسگرهاي ديگر شناسايي مي‌شوند.

1-1-2     مقدمه‌اي بر مانيتورينگ سلامت سازه

هدف از مانيتورينگ سلامت سازه، عيب‌يابي در هر لحظه از طول عمر سازه مي‌باشد. عيب‌هاي ناشي از استهلاك، عوامل محيطي، نحوه بهره گیری، و رويدادهاي تصادفي و عمر سازه(عيب‌هاي ناشي از پيري سازه) و… توسط اين سيستم شناسايي مي‌شوند. همچنين اين سيستم مي‌تواند سير رشد آسيب و عمر باقيمانده ناحيه آسيب ديده و كل سازه را پيش‌بيني كند. با اين توضيحات واضح می باشد كه اين روش يك روش جديد، بهبود يافته و كاليبره شده از روش ارزيابي غير‌مخرب[5] مي‌باشد. تلفيق حسگرها و بهره گیری از مواد هوشمند، توانايي بالاي انتقال و پردازش داده و قدرت محاسباتي بالا, زمينه ايجاد يك ساختار نظارتي(مانيتورينگ) كامل را فراهم نموده می باشد. نحوه عملكرد اين سيستم بعد از تشخيص آسيب بطور شماتيك در شكل(1-1) ارائه شده می باشد.

تشخيص آسيب
ثبت زمان
تعيين محل
تعيين شدت
هشدار(آلارم)
اعمال فعاليت در صورت

قطع مانيتورينگ

تعيين طول عمر باقيمانده

(جلوگيري از بارگذاري اضافه)

تشخيص نوع تعمير

(تعمير خودکار)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ‏1‑1: تشكيلات سيستم مانيتورينگ سلامت سازه. [69]

در شكل(1-1) ساختار سيستم SHM به تصوير کشيده گردید(بخش(1-2-3)). اين سيستم مربوط به تابع مانيتورينگ سراسري سازه[6] مي‌باشد. انواع پديده‌هاي فيزيکي در بحث مانيتورينگ بايد مطالعه شوند در ذيل ارائه شده‌اند.

الف) نوع پديده فيزيكي مربوط به آسيب كه توسط حسگرها مانيتوره شده می باشد.

ب) نوع پديده فيزيكي كه بوسيله حسگرها براي توليد، دريافت، ارسال و ذخيره‌سازي سيگنال(معمولا الكتريكي) در زير سيستم‌ها بهره گیری مي‌گردد. چند نوع حسگر مشابه كه داده‌ها را همزمان براي يك سيستم ارسال مي‌كنند، يك شبكه حسگري[7] را تشکيل داده كه در نهايت داده‌هاي آنها با ديگر حسگرها ادغام شده و حسگرهاي ديگر نيز با بهره گیری از سيستم مانيتورينگ وظيفه نظارت بر شرايط محيطي را انجام مي‌دهند. سيگنال‌هاي تحويل داده شده بوسيله زير سيستم يكپارچه مانيتورينگ ثبت شده و توسط كنترلر بهره گیری مي‌شوند. در نهايت کليه اين عوامل منجر به ايجاد يك سيستم تشخيص عيب کامل سازه‌اي مي‌شوند. [6,14,15]

1-2       آشنايي با انواع آسيب‌

هدف اصلي اين پروژه ارائه روش‌هايي نوين براي کشف آسيب‌هاي سازه‌اي مي‌باشد. در آغاز مفاهيم پايه‌اي آسيب ارائه مي‌گردد.

1-2-1     مفاهيم پايه‌اي آسيب

نزديک به سه دهه می باشد که کوشش‌هاي فراواني براي کشف آسيب صورت گرفته می باشد. در ده سال گذشته با ورود سيستم‌هاي مانيتورينگ سلامت سازه‌اي رشد چشمگيري در تکنولوژي کشف آسيب صورت گرفته می باشد. تاکنون تعريف‌هاي گوناگوني از آسيب ارائه شده می باشد. در اين جا سعي بر اين می باشد که ساده‌ترين و جامع‌ترين تعريف آسيب ارائه گردد. آسيب تغيير در خواص هندسي يا خواص ماده شامل تغيير در شرايط مرزي، اتصالات و… مي‌باشد که تاثير نامطلوبي بر عملکرد سازه مي‌گذارد. به بيان ديگر آسيب، تغيير در عملکرد مطلوب سازه مي‌باشد. مفهوم آسيب زماني که با شرايط حالت سالم(بدون آسيب) مقايسه گردد، معنا پيدا مي‌کند. بدليل اينکه اين پروژه بر روي آسيب‌هاي مکانيکي و سازه‌اي تمرکز دارد، آسيب به تغيير در خواص هندسي و خواص ماده محدود مي‌گردد.[15]

شروع همه آسيب‌ها از سطح ماده می باشد. البته ذکر اين نکته ضروري می باشد که آسيب لزوما به معناي از دست رفتن عملکرد کل سيستم نمي‌باشد اما اگر آسيب در مراحل اوليه کشف نشود، عملکرد کل سيستم کوتاه شده و در نهايت سيستم بين مي‌رود(شکست کل سازه). امروزه کوشش پيشرفته‌ترين تکنولوژي‌هاي کشف آسيب اين می باشد که آسيب را در همان مراحل اوليه شناسايي کنند. در ادامه انواع آسيب و دلايل بروز آنها توضیح داده مي‌گردد.

1-2-2     عوامل وقوع آسيب در صنايع هوافضا و عمران

  1. خوردگي[8]: بيشتر در سازه‌هاي فلزي و بتني رخ مي‌دهد.
  2. ارتعاشات: در سازه بال هواپيما و پل‌ها.
  3. ضربه: اين آسيب در سازه‌هاي کامپوزيتي چشمگير می باشد.
  4. فرود دشوار[9]: در سازه‌هاي هوايي رايج می باشد.
  5. بارگذاري بيش از حد[10]: بيشتر در سازه‌هاي هوايي، عمراني و دريايي رايج می باشد.
  6. تصادف[11].
  7. سقوط[12].
  8. تورق[13]: در سازه‌هاي کامپوزيتي رواج دارد.

1-2-3     طبقه‌بندي آسيب‌هاي سازه‌اي

  1. کلاس1: آسيب‌هايي ناچيز[14]: آسيب سطحي و ناچيز بوده تا حدي که مي‌توان از آن صرفنظر نمود. آسيب‌هايي مانند فرورفتگي[15] روي سطح خارجي سازه هواپيما از اين دست مي‌باشند. اين نوع آسيب‌ها اگر در هواپيما رخ دهند، هواپيما مي‌تواند به پرواز خود ادامه دهد(اصطلاحا نياز نيست هواپيما گراند گردد).
  2. کلاس2: آسيب‌هاي قابل تعمير[16]: اين نوع آسيب‌ها در انواع سازه‌ رايج بوده و در صورتي‌که به سرعت کشف شوند، مشکل ساز نبوده ولي اگر به آنها بي توجهي گردد، پييشرفت کرده و سبب از کار افتادن آن ناحيه(قطعه) مي‌شوند. آسيب‌هايي از قبيل سوراخ[17] و ترک[18] از اين قبيل مي‌باشند. در صورت بروز اين آسيبها در صنايع هوايي از پرواز هواپيما جلوگيري شده(اصطلاحا هواپيما گراند مي‌گردد) و بعد از رفع آسيب و تاييد واحد کنترل کيفيت[19] هواپيما صلاحيت پرواز را پيدا مي‌کند.
  3. کلاس3: تعويض: قطعه آسيب ديده از رده خارج می باشد[20] و قابل تعمير نبوده و بايد تعويض گردد.

انواع آسيب سازه‌اي:

  • خوردگي.
  • ترک.
  • تورق.
  • حفره.
  • سوراخ.
  • ناپيوستگي اتصالات[21].
  • انحراف از موقعيت.
  • شل شدگي يا تزلزل اتصالات.
  • خروج از مرکزيت.
  • تغيير خواص ماده.

سيستم مانيتورينگ سلامت سازه توانايي کشف آسيب در مراحل اوليه و جلوگيري از رشد آسيب(جلوگيري از بارگذاري اضافي در ناحيه آسيب ديده)، ترميم خودکار آسيب(با بهره گیری از مواد و حسگرهاي هوشمند)، جلوگيري از تجمع آسيب و نمايان کردن عمر باقيمانده ناحيه يا قطعه آسيب ديده را دارد(شکل(1-1)).[14]

1-2-4     الگوريتم‌ کشف آسيب توسط سيستم مانتيتورينگ سلامت

  1. تشخيص آسيب.
  2. ثبت زمان وقوع آسيب.
  3. تعيين محل آسيب.
  4. تعيين شدت آسيب(بررسي کيفيت آسيب).
  5. اعمال اجرايي(نظير نوع هشدار).
  6. تعيين طول عمر باقيمانده قطعه آسيب ديده و کل سازه.
  7. تشخيص نوع تعمير

شناسايي و تشخيص آسيب بوسيله تجميع چهار مرحله زير انجام مي‌گردد.

    شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     
  1. مانيتورينگ شرايط(CM)[22]: مشابه تکنولوژي مانيتورينگ سلامت سازه می باشد ولي بيشتر در تعيين مکان آسيب بهره گیری مي‌گردد.
  2. روش ارزيابي غير‌مخرب(NDE)[23]: بعد از اينکه آسيب وارد گردید بصورت خارج از شبکه[24] و موضعي انجام مي‌گردد و از آن براي تعيين خسارت نيز بهره گیری مي‌گردد.[52]
  3. کنترل فرآيند آماري(SPC)[25]: متشکل از شبکه حسگري بوده که براي مانيتوره کردن تغييرات فرآيند بهره گیری مي‌گردد.
  4. پيش‌بيني آسيب(DP)[26]: براي پيش‌بيني عمر مفيد باقيمانده آسيب بهره گیری شده و به سه فاکتور قبل نيز وابسته مي‌باشد[48].

سيستم‌هاي مانيتورينگ دو نوع تكنيك بازرسي سراسري و محلي(در فصل بعد بطور کامل توصيف مي‌شوند) را پيشنهاد مي‌كنند. تكنيك‌هاي سراسري براي بازرسي‌ها و مناطق نسبتا بزرگ و بحراني بوده و با هدف مكان‌يابي آسيب مورد بهره گیری قرار مي‌گيرند.[57]

اپراتورهاي هوايي مي‌خواهند حداقل عملكردي مشابه سيستم‌هاي رايج و حتي بهتر از آن‌ها داشته باشند. تكنيك‌هاي بازرسي محلي با هدف كشف آسيب‌هاي ويژه به گونه طبيعي بر روي روش‌هاي جهاني بازرسي تمركز كرده‌اند.

تكنيك‌هاي ديناميكي بمنظور اينكه از انتشار آسيب در صورت وقوع آن جلوگيري كنند، بايد بطور مداوم فعال باشند. اپراتورهاي هوايي فقط سيستم‌هايي از مانيتورينگ سلامت را كه حجم كار و زمان تعمير و نگه‌داري را افزايش نمي‌دهند، اختيار مي‌كنند[65].

1-3       مقدمه اي بر مواد مرکب

1-3-1     مقدمه

در اين بخش توضيحات مختصري درباب تکنولوژي مواد مرکب ارائه مي‌گردد. مواد مرکب بيانگر ترکيب حداقل دو ماده متفاوت در مقياس ماکروسکوپي جهت حصول ماده جديد مي‌باشند. با ظهور مواد مرکب, توسعه چشمگيري در صنايع هوايي، دريايي، عمراني، پزشکي و… ايجاد شده می باشد، بگونه‌اي که امروزه در بيشتر علوم مهندسي و پزشکي کاربرد فراواني دارند[70].

رفتار مکانيکي مواد مرکب: مواد مرکب معمولا ناهمگن بوده و از طرف ديگر خصوصيات آنها ايزوتروپ نيز نمي‌باشد، به عبارت ديگر ارتوتروپ و يا در حالت کلي انيزوتروپ مي‌باشند.

1-3-2     سازه‌هاي كامپوزيتي

کوشش براي بدست مواد ممتاز، فرآيندهاي ابتكاري و اصلاح ايمني از مهمترين اهداف همه سازنده‌هاي هواپيما و سازه‌هاي عمراني مي‌باشد. هدف نهايي ارضا كردن نيازهاي مشتري(خطوط هوايي و کاربران نهايي)، كمينه‌سازي هزينه‌ها و افزايش ايمني در طول عمر سازه مي‌باشد[60,70]. همچنين كامپوزيت‌ها اشكالات ذاتي نظير آسيب‌پذيري ناشي از ضربه، تورق و دسترسي مشكل به اجزاء آن در طي عمليات تعمير و نگه‌داري دارند. [14,60]

ايرباس A380 نمونه بارزي از تمركز اين صنعت بر بهره گیری از تكنولوژي مواد مرکب و سيستم‌هاي جديد و مي‌باشد. نوآوري در افزايش بهره گیری از الياف كربن تقويت شده با پلاستيك‌ها(CFRP[27]) در ساخت سازه‌هاي اصلي و اوليه براي بخش پرفشار باكهلد و مركز جعبه بال و بهره گیری از الياف لايه‌هاي آلومينيوم شيشه(GLARE) در بدنه تحت فشار, گوشه‌هاي از آن مي‌باشد[2,51,67]. ايرباس380(A380F) با بهره‌گيري از مواد كامپوزيت 50 درصد بار بيشتر(نسبت به خانواده مشابه ايرباس) را جابجا مي‌کند و مصرف سوخت بر تن آن نسبت به نزديكترين رقيب خود، 18درصد كمتر مي‌باشد(بيش از 25 درصد از سازه‌ايرباس380 از مواد كامپوزيت تشكيل شده می باشد). [1,52]

B787 نيز از بهترين نمونه‌هاي هواپيماهاي تجاري مي‌باشد كه بيش از 50 درصد سازه آن از كامپوزيت تشكيل شده می باشد. سازه اوليه شامل بدنه و بال آن نيز از مواد كامپوزيت ساخته شده می باشد(شكل(1-2)) [7]. نتايج بهره گیری از مواد مرکب در اين هواپيما، صرفه‌جويي در وزن، عملكرد ممتاز و صرفه‌جويي در زمان و هزينه تعمير و نگه‌داري مي‌باشد. سازندگان اين وسيله تخمين زده‌اند كه در طي تنها 8 سال اول عمر هواپيما نزديك به 8 ميليون دلار صرفه‌جويي گردد.[7]

شکل ‏1‑2:مواد مورد بهره گیری در ساخت بوئينگ 787.[7]

 

دستيابي به عملکرد بالاتر، توليد ارزان‌تر، عمر طولاني‌تر و هواپيمايي مساعد با محيط، چالش بزرگي مي‌باشد، كه صنعت براي روبرويي با آن و بهره‌گيري از مواد كامپوزيتي پيشرفته و فرآيندهاي ساخت ابتكاري ذاتي اين راه را انتخاب كرده می باشد. به هرحال بايد متقاعد گردید كه صرفه‌جويي در هزينه‌، وزن، زمان و تعمير و نگه‌داري ناشي از مواد كامپوزيتي، هزينه‌هاي ايمني و يكپارچه‌سازي حسگرها را جبران مي‌كند. آسيب وارده اغلب در لايه‌هاي كامپوزيتي واقع شده که تكنيك‌هاي غير‌مخرب براي كشف آسيب نيازهاي متفاوت و پيچيده‌اي دارند. افزايش بهره گیری از مواد مركب در سازه‌هاي اصلي هواپيماها منجر به تعبيه سيستم‌هاي SHM به جاي بهره گیری از روش‌هاي سنتي تست‌هاي غير‌مخرب در طي زمان‌هاي تعمير و نگه‌داري شده می باشد.[65]

[1] Structural Health Monitoring

[2] Condition Based Maintenance

[3] Time Based Maintenance

 

[4] بعد از سپري شدن تعداد ساعات پروازي هر بخشي كه توسط سازنده معين مي گردد, نياز به تعمير يا تعويض پيدا مي كند. كليه كارها توسط سازنده مشخص شده می باشد.

[5] NDE: Nondestructive Evaluation.

[6] Structural Integrity Monitoring

[7] Sensor Network

[8] Corrosion

[9] Hard Landing

[10] Excessive Load

[11] Collision

[12] Crash

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

[13]ِ Delaminate

[14] Negligible

[15] Dent

[16] Repairable

[17] Hole

[18] Crack

[19] QC: Qualification Control

[20] Scrap

[21]Debonding

[22] Condition Monitoring

[23] Non Destructure Evaluation

[24] Offline

[25] Statistical Process Control

[26] Damage Prognosis

[27] Carbon Fiber Reinforced Plastic

فهرست مطالب

1   مقدمه‌اي بر مانيتورينگ سلامت سازه 1

1-1   مقدمه 1

1-1-1    مفهوم مانيتورينگ سلامت سازه 1

1-1-2    مقدمه‌اي بر مانيتورينگ سلامت سازه 2

1-2   آشنايي با انواع آسيب‌ 4

1-2-1    مفاهيم پايه‌اي آسيب 4

1-2-2    عوامل وقوع آسيب در صنايع هوافضا و  عمران 5

1-2-3    طبقه‌بندي آسيب‌هاي  سازه‌اي 5

1-2-4    الگوريتم‌ کشف آسيب توسط سيستم مانتيتورينگ سلامت 7

1-3   مقدمه اي بر مواد مرکب 8

1-3-1    مقدمه 8

1-3-2    سازه‌هاي كامپوزيتي 8

1-4   انگيزه ايجاد مانيتورينگ سلامت سازه 10

1-4-1    ساختار سنتي تعمير و نگه‌داري 11

1-4-2    تغييرات موثر در ساختار تعمير و نگه‌داري 12

1-5   مانيتورينگ سلامت سازه‌ها و الهام از محيط زيست 14

1-6   مانيتورينگ سلامت سازه‌ها روشي براي ساخت مواد و سازه‌هاي هوشمند 17

1-6-1    مقدمه 17

1-7   تست‌هاي غير‌مخرب 18

1-7-1    مقدمه 18

1-7-2    تكنيك‌هاي SHM ،NDE 20

1-8   تکنيک‌هاي مانيتورينگ سلامت سازه 21

1-8-1    انواع تکنيک‌هاي موجود 21

1-9   حسگرهاي رايج در مانيتورينگ سلامت سازه‌ 23

1-9-1    مقدمه 23

1-9-2    تنوع حسگرها SHM بر اساس نوع سازه 24

1-9-3    انواع حسگرهاي مانيتورينگ سلامت سازه‌ها 25

1-9-4    مانيتورينگ خلا نسبي 26

1-10   مديريت سلامت 27

1-10-1   نيازمندي‌هاي كاربران نهايي 28

1-11   نتيجه‌گيري و جمع‌بندي 28

2   عملکرد مانيتورينگ سلامت سازه 30

2-1   مفاهيم پايه‌اي، نيازها و فوايد 30

2-1-1    مقدمه 30

2-1-2    مفاهيم پايه اي 31

2-1-3    فوايد و نيازهاي مانيتورينگ 33

2-1-4    مانيتورينگ دائمي طول عمر 34

2-2   فرآيندهاي مانيتورينگ سلامت سازه 35

2-2-1    عمليات مركزي 35

2-3   نتيجه‌گيري و جمع‌بندي 39

3   حسگرهاي فيبرنوري 40

3-1   مقدمه‌اي بر حسگرهاي فيبرنوري 40

3-2   تكنولوژي حس فيبرنوري 43

3-2-1    حسگرهاي تداخل‌سنج SOFO 44

3-2-2    حسگرهاي تداخل‌سنجي فابري پروت 46

3-2-3    حسگرهاي FBG 48

3-2-4    حسگرهاي پراكندگي رامان و بريلويين توزيع شده 48

3-3   بسته‌بندي حسگر 50

3-4   كابل‌هاي سيستم حس توزيع شده 54

3-4-1    مقدمه 54

3-4-2    كابل حس درجه‌حرارت 55

3-4-3     نوار حس كرنش اسمارتيپ 56

3-4-4    حس درجه‌حرارت و كرنش تركيب شده: پروفايل هوشمند 58

3-5   نتيجه‌گيري و جمع‌بندي 58

4   حسگرهاي تغييرشکل فيبرنوري, تفسير و اندازه‌گيري 60

4-1   مولفه‌هاي کرنش و تکامل زماني کرنش 60

4-1-1    مفاهيم پايه اي 60

4-1-2    کرنش سازه‌اي 64

4-1-3    کرنش حرارتي 67

4-1-4    خزش 68

4-1-5    افت حجمي 70

4-1-6    زمان و اندازه‌گيري مرجع 71

4-2   اندازه‌گيري و طول گيج حسگر 72

4-2-1    مقدمه 72

4-2-2    حسگر اندازه‌گيري تغيير شکل 73

4-2-3    مانيتورينگ سازه‌اي يکپارچه: مفاهيم پايه‌اي 75

4-2-4    حسگرهاي اندازه‌گيري در مواد همگن, حداکثر طول گيج 77

4-2-5    حسگر اندازه‌گيري در مواد ناهمگن: حداقل طول گيج 92

4-2-6    معيار تعيين طول گيج حسگر 97

4-2-7    ارزيابي و اعتبارسنجي معيار تعيين طول گيج 99

4-3   تفسير اندازه‌گيري کرنش 100

4-3-1    مقدمه 100

4-3-2    منابع خطا و کشف شرايط غير معمول سازه‌اي 101

4-3-3    تعيين مولفه‌هاي کرنش و تنش براي اندازه‌گيري کرنش کل 106

4-4   نتيجه‌گيري و جمع‌بندي 111

5   نتيجه‌گيري و جمع‌بندي 114

5-1   نتيجه‌گيري 114

5-2   دستآوردها 116

5-3   پيشنهاداتي براي پروژه‌هاي آتي 116

فهرست مراجع………………………………………………………………………………………………….117

 

 

فهرست شکل‌ها

شکل ‏1‑1: تشكيلات سيستم مانيتورينگ سلامت سازه. 3

شکل ‏1‑2:مواد مورد بهره گیری در ساخت بوئينگ 787. 10

شکل ‏1‑3: مزاياي سيستم SHM براي كاربران نهايي. 13

شکل ‏1‑4:طرح شماتيكي از پوست بشر كه نمايانگر تنوع حسگرها و عملگرها و سازه كاملا هوشمند آن مي‌باشد 16

شکل ‏1‑5: مقايسه بين سيستم عصبي بشر و ساختار SHM. 16

شکل ‏1‑6 : سير تکامل مواد.. 17

شکل ‏1‑7:  اجزاي اصلي سيستم SHM. 20

شکل ‏1‑8: انواع حسگرهاي مورد بهره گیری سيستم مانيتورينگ: مقايسه بين مهندسي هوافضا و مهندسی عمران 24

شکل ‏1‑9: حسگرهاي مورد بهره گیری در ايرباس320. 26

شکل ‏1‑10: حسگرهاي سطح CVM. 26

شکل ‏1‑11: سيستم مديريت سلامت سازه هواپيما. 28

شکل ‏2‑1: مقايسه بين فرآيند مانيتورينگ و سيستم رفع عيب بدن بشر. 33

شکل ‏2‑2: روش‌هاي جمع‌آوري داده. 38

شکل ‏2‑3: روش‌هاي نگه‌داري داده و دستيابي به داده. 39

شکل ‏3‑1: طبقه‌بندي تكنولوژي‌هاي حس فيبرنوري. 44

شکل ‏3‑2: ستاپ سيستم حسگر تداخل‌سنج SOFO. 45

شکل ‏3‑3: واحد قرائت SOFO پرتابل و نصب پايدار. 46

شکل ‏3‑4: قواعد اصلي حسگرهاي فابري پروت. 47

شکل ‏3‑5: تفكيك كننده براي تداخل هاي فابري پروت براي كانال‌هاي چندتايي و گره ها. 47

شکل ‏3‑6: حسگرهاي چندگانه FBG. 48

شکل ‏3‑7: مولفه‌هاي پراكندگي نوري در فيبرهاي نوري. 50

شکل ‏3‑8: بسته‌بندي حسگر براي نصب در محفظه بوسيله اتصال جوش. 51

شکل ‏3‑9: نمونه‌اي از مقطع عرضي نوار هوشمند. 52

شکل ‏3‑10: تداخل‌سنج SOFO. 53

شکل ‏3‑11: حسگر درجه‌حرارت FBG. 53

شکل ‏3‑12:شتاب‌سنج‌ تك محوره فيبرنوري در ترکيب با  FBG. 54

شکل ‏3‑13: حسگرهايي براي كرنش، فشار و درجه‌حرارت. 54

شکل ‏3‑14: طراحي كابل حس درجه‌حرارت نامتناهي  و متناهي. 56

شکل ‏3‑15: تصوير برش عرضي نوار حس هوشمند. 57

شکل ‏3‑16: مقطع عرضي پروفایل هوشمند و ساده 57

شکل ‏4‑1:مفهوم کرنش متوسط در جسم تغييرشکل يافته. 61

شکل ‏4‑2: مفهوم کرنش برشي متوسط در شکل تغييرشکل يافته. 62

شکل ‏4‑3: روابط تنش کرنش ترم کوتاه بين مواد الاستيک پلاستيک .الف)خطي.ب)غيرخطي. 64

شکل ‏4‑4: توزيع کرنش در سطح مقطع تير. 65

شکل ‏4‑5: نمايش رايج‌ترين بارگذاري، متناظر با توزيع نيروهاي عمودي 67

شکل ‏4‑6: شماتيکي از حسگر گيج بلند نصب شده در ماده 73

شکل ‏4‑7: مقايسه حسگرهاي گيج کوتاه و بلند در المان بتن. 76

شکل ‏4‑8: مقايسه توزيع کرنش حقيقي و کرنش ميانگين اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت کلی 79

شکل ‏4‑9: مقايسه توزيع کرنش حقيقي و کرنش ميانگين اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت توزیع خطی یا ثابت کرنش 80

شکل ‏4‑10: مقايسه توزيع کرنش حقيقي و کرنش ميانگين اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت کلی توزیع شکسته خطی کرنش 84

شکل ‏4‑11: مقايسه توزيع کرنش حقيقي و کرنش ميانگين اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت کلی توزیع سهموی کرنش 87

شکل ‏4‑12: آناليز خطاي اندازه‌گيري در توزيع ناپيوسته کرنش و وجود انحراف در طول گیج حسگر 90

شکل ‏4‑13: موقعيت حسگرها در المان تحت کشش بتن آرمه‌اي 94

شکل ‏4‑14: معيار تعيين طول گيج حسگرهاي فيبرنوري بر اساس نوع ماده سازنده و استراتژی مانیتورینگ 98

 


 

فهرست جدول‌ها

جدول ‏1‑1: تخمين زمان ذخيره شده در بازرسي هواپيماهاي جنگنده مجهز به سيستم SHM. 14

جدول ‏1‑2: فعاليت‌هاي مشترك علم پزشكي و SHM. 15

جدول ‏2‑1:پارامترهايي كه بارها و بارها مانيتوره مي‌شوند . 32

جدول ‏4‑1: منابع مهم کرنش بر اساس مواد سازنده متفاوت. 63

 

(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

تعداد صفحه :92