Έλεγχος Δομικής Ακεραιότητας Μηχανικών Συστημάτων μέσω Ανάλυσης Ταλαντωτικών Σημάτων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο τον έλεγχο της Δομικής Ακεραιότητας των κατασκευών, μέσω της ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων. Με βάση τη μέθοδο αυτή εφαρμόζονται μία σειρά από στατιστικά μοντέλα σε μετρούμενα ταλαντωτικά σήματα της κατασκευής, με κύριο στόχο την αναγνώριση και τον χαρακτηρισμό των συνθηκών που βρίσκεται η κατασκευή καθώς και την αξιολόγηση της κατάστασης της ως υγιή ή με βλάβη. Αρχικά η έμφαση δόθηκε στη βιβλιογραφική έρευνα και μελέτη σε σχέση με το αντικείμενο, ώστε να αποκτηθεί ένα βασικό γνωσιακό επίπεδο. Επιλέχθηκαν δύο κατασκευές, μία πολύπλοκη όπου έγινε μία εκτενή αριθμητική διερεύνηση και μια σχετικά πιο απλή με σκοπό να πραγματοποιηθεί και το αντίστοιχο πείραμα. Για τη μελέτη της αποδοτικότητας των υφιστάμενων μεθόδων ελέγχου της δομικής υγείας των κατασκευών χρησιμοποιήθηκε ως εργαλείο το SHMTools το οποίο αποτελεί ελεύθερο κώδικα σε περιβάλλον MATLAB και αναπτύχθηκε στο Los Alamos National Laboratory – Engineering Institute (USA). Οι κατασκευές εξετάσθηκαν σε πειράματα προσομοίωσης με χρήση κατάλληλων υπολογιστικών εργαλείων (ANSA, DYNAMIS) και συγχρόνως μελετήθηκε ο τρόπος αξιολόγησης των αποτελεσμάτων της διέργερσης με χρήση διάφορων στατιστικών μοντέλων, τεχνικών και αλγορίθμων που αποσκοπούν στη σύγκριση και κατηγοριοποίηση των δεδομένων με βάση την ακεραιότητα της κατασκευής. Τέλος, μία απλή κατασκευή μίας πακτωμένης δοκού εξετάσθηκε και πειραματικά με στόχο τον έλεγχο των μεθόδων πέρα από τις προσομοιώσεις και στην πράξη. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων με αυτά της αντίστοιχης προσομοίωσης, αποκτήθηκε μία ολοκληρωμένη εικόνα στη μελέτη. Η διπλωματική κλείνει με την ερμηνεία των αποτελεσμάτων και την παράθεση των συμπερασμάτων. The present diploma thesis aims to use Structural Health Monitoring through analyzing vibration signals. Based on this method, a series of statistical models are applied on measured vibration signals of the structure, with main target the recognition and description of the conditions that the structure experiences, as well as the evaluation of its condition as healthy or damaged. At first, research and study regarding relative literature was the main focus, in order to acquire a basic level of knowledge. Two structures were chosen to be analyzed, a complex one, which was thoroughly analyzed and relatively simpler one, which was also experimentally tested. A tool named SHMTools has been used in order to study the efficiency of the existing structural health monitoring methods. SHMTools is a free code in MATLAB setting and was developed by Los Alamos National Laboratory – Engineering Institute (USA). The structures were examined in simulation experiments with the usage of proper calculating tools (ANSA, DYNAMIS). At the same time, the result evaluation technique regarding stimulation with the usage of various statistical models, techniques and algorithms aiming to compare and categorize the data according to the integrity of the structure has been studied. Finally, a simple fixed – free beam has been examined also experimentally in order to check the methods not only during simulations, but also during operation. Through the comparison between simulation and operation results the study should be well – rounded. The dissertation closes with result interpretation and the conclusions.