ABSTRAK
Karya ini menyajikan hasil eksperimen dari dua teknik deteksi kerusakan berdasarkan sifat modal, dengan aplikasi pada ukuran penuh helikopter komposit blade rotor utama.Metode pendeteksian kerusakan yang digunakan dalam penelitian ini adalah koordinat kriteria modal jaminan (COMAC) dan metode energi regangan modal, yang masing-masing berdasarkan perbandingan mode getaran dan pada perbandingan energi regangan modal balok. Parameter modal diperoleh dengan analisis modal eksperimental dan kerusakan diperkenalkan artifisial pada pisau dengan melampirkan massa kecil untuk itu, mengubah sifat global dengan cara ini. Akhirnya, hasil eksperimen untuk teknik deteksi kerusakan ditunjukkan untuk kedua metodologi, dan komentar tentang sensitivitas dan metode dibahas.
- Perkenalan
Ada banyak kemungkinan aplikasi untuk memantau sistem, karena struktur apapun dapat dipantau untuk menghindari kegagalan. Dari semua aplikasi, industri pesawat rotor adalah salah satu yang lebih termotivasi – pisau dari rotor helikopter adalah elemen struktural yang sangat penting, mereka adalah struktur balok-seperti yang sangat panjang yang menjalani kondisi beban yang berbeda dan gaya aerodinamika pada bagian yang berbeda dari itu. Kegagalan pada pisau komposit dapat mengakibatkan hilangnya kinerja atau bahkan malapetaka, sehingga pemantauan konstan struktur semacam ini sangat penting. Untuk pisau komposit, kegagalan ini dapat termasuk, namun tidak terbatas pada, dampak kerusakan[1], matriks retak [2], delaminasi [3] dan pisau ketidakseimbangan [4].
Tujuan dari sistem pemantauan adalah untuk terus memantau struktur selama masa lengkap, mampu mendeteksi, menemukan, mengukur dan bahkan memperkirakan hidup-waktu sisa dari komponen akibat kerusakan atau masalah hadir dalam satu atau beberapa lokasi. Banyak tantangan muncul dalam merancang sebuah sistem yang kuat dan efisien semacam ini – cara mendeteksi perubahan, bagaimana mengidentifikasi mereka dan yang jenis kerusakan atau masalah yang akan terdeteksi – semua ini memainkan peran penting dalam menentukan jaringan sensor dan arsitektur sistem untuk digunakan.
Dari sekian banyak jenis monitoring dan deteksi kerusakan metode, yang didasarkan pada sistem properti modal telah dipelajari untuk waktu yang lama [5-7]. Teknik ini bergantung pada fakta bahwa perubahan lokal dalam sistem dapat mempengaruhi
sifat modal dengan cara global. Teknik-teknik modal biasanya membandingkan sifat modal dari sistem dasar (diperoleh dari percobaan atau simulasi) dengan sistem mungkin rusak dan mencoba untuk mengidentifikasi dan menemukan perubahan atau kegagalan.
Makalah ini menyajikan pengujian modal eksperimental dari sebuah helikopter komposit blade rotor utama dan penerapannya dalam deteksi kerusakan dan sistem pemantauan konteks.
2. Metode Modal untuk pemantauan
2.1. Pemantauan bentuk modus berdasarkan
Metode berdasarkan bentuk modus menggunakan mode struktural atau perubahan modus bentuk [8] antara dasar sistem (murni) dan sistem dimonitor sebagai cara untuk melacak perilaku dan / atau kerusakan atipikal. Sebuah cara sederhana untuk mengidentifikasi dan perubahan sistem koordinat kriteria modal jaminan (COMAC) [9,10]. Metode ini dikenal kurang peka terhadap retak [11] tetapi tetap dapat menjadi indikator yang baik dari perubahan sistem yang mempengaruhi bentuk modus langsung. Perumusan COMAC ditunjukkan di bawah ini:
dimana f adalah vektor modal, yang superscripts 0 dan d berhubungan dengan baseline dan sistem dimonitor, masing-masing, dan subskrip k dan r merupakan titik pengukuran k dan modus r, sedangkan n adalah jumlah mode dipertimbangkan. Nilai COMAC yang dihitung mulai dari 0 (korelasi terendah) ke 1 (korelasi tertinggi).
2.2. Metode energi regangan modal
Metode energi regangan, dikembangkan di [12] telah dikenakan banyak penelitian, yang telah menyebabkan pengembangan lebih lanjut dari algoritma dan indeks kerusakan indikator. Metode ini memperhitungkan perubahan energi regangan dalam berkas Euler- Bernoulli. Lentur modal regangan energi U B, r dapat diperoleh dengan integrasi modus kelengkungan squared lebih panjang L nya:
dimana f 00 adalah turunan spasial kedua modus getaran f dan EI adalah kekakuan lentur balok dan dapat bervariasi sepanjang sumbu balok x.
Cara yang paling umum menghitung turunan spasial f adalah dengan menggunakan formulasi perbedaan utama:
dengan d mewakili jarak antara titik pengukuran dan subscript el mewakili energi regangan dalam sebuah elemen dengan panjang d.
Didasarkan pada beberapa asumsi, indeks kerusakan dapat dibuat dengan menggunakan formulasi energi regangan ini. Indeks kerusakan yang digunakan dalam karya ini berasal dari [13], di mana perkiraan dibuat berdasarkan asumsi bahwa hanya ada perubahan kuantitas energi pada lokasi yang rusak dan bahwa energi secara keseluruhan akan tetap sama.Dengan cara ini, indikator kerusakan berikut untuk mode tertentu diperoleh:
Setelah itu, penjumlahan dilakukan untuk semua mode dipertimbangkan dan indikator kerusakan kemudian dinormalisasi (5).
di mana m b adalah nilai mean dan s b standar deviasi, yang merupakan akar kuadrat dari varians dari unsur-unsur.
Sebuah pernyataan penting pada indikator kerusakan ini adalah bahwa hal itu jauh lebih sensitif dibandingkan indikator kerusakan lainnya. Karena tidak termasuk integral dari bentuk modus kelengkungan seluruh balok, nilai-nilai yang lebih kecil dibandingkan dalam fraksi. Sensitivitas tinggi dapat menyebabkan deteksi kerusakan kecil, tapi pada saat yang sama, itu berarti bahwa indeks lebih rentan terhadap data yang bising.
helikopter Composite blade rotor utama yang digunakan untuk analisis modal eksperimental.
3. analisis modal Eksperimental dari helikopter komposit blade rotor utama
Helikopter utama blade rotor (MRB) diselidiki dalam karya ini milik PZL SW-3 Sokol helikopter [14]. D-spar pisau terbuat dari keliling fiber glass, inti terdiri dari Nomex honeycomb mengisi dan kulit terbuat dari plastik yang diperkuat serat gelas (GFRP). Rentang pisau adalah sekitar 7 m dan panjang chord bervariasi sepanjang rentang. Gambar. 1 menunjukkan pisau komposit. Wilayah hitam di mana tepi terkemuka terletak, dan trailing edge adalah pada bagian atas.
Analisis modal eksperimental dilakukan untuk memperoleh sifat modal pisau ini dalam kondisi non-rotating. Pisau diskors dengan dua tali elastis untuk mendapatkan kondisi batas bebas-bebas. Meskipun kondisi menjepit idealnya akan lebih memadai untuk tes pisau, karena lebih baik mewakili kondisi pisau yang sebenarnya ketika di ] GIF $ DT) 2.gi ([.
fungsi respon frekuensi (a) dan koherensi (b) dari kekuatan diukur ke titik yang dipilih dalam z (lentur) arah.
Pengukuran poin pada blade rotor utama – poin dilingkari (10, 17, 22, 29, 40, 47) mewakili pengukuran percepatan pada arah y, dan titik merah mewakili (titik mengemudi) titik eksitasi. Posisi massa digunakan untuk deteksi kerusakan juga ditampilkan. (Untuk interpretasi referensi untuk warna dalam legenda angka ini, pembaca disebut versi web artikel.)
helikopter, semacam ini kondisi batas sangat sulit untuk mencapai untuk benda uji ukurannya. Di sisi lain, untuk menjamin kondisi batas bebas-bebas dengan tali elastis, salah satu harus memastikan bahwa kekakuan tali tidak substansial mempengaruhi sifat dinamis dari sistem dalam rentang frekuensi yang diinginkan.
Cut-off frekuensi untuk percobaan adalah 8-110 Hz dan itu ditentukan dengan menggunakan tes dampak. Penting untuk dicatat bahwa modus lentur pertama dari pisau (sekitar 4 Hz) tidak termasuk. Mode ini disajikan kualitas rendah, mungkin karena pengaruh kondisi batas, dan karena itu dikeluarkan dari analisis. Ini bukan masalah besar, karena karakterisasi modal lengkap bukanlah tujuan utama dari studi ini. Buruknya kualitas mode ini bisa lebih baik disimpulkan dari Gambar. 2, yang menunjukkan fungsi respon frekuensi (FRF) dan koherensi dari titik pengukuran yang dipilih pada arah z. Hal ini jelas bahwa nilai koherensi rendah untuk mode di 4 Hz.
Setelah diverifikasi kondisi batas dan memutuskan bandwidth, pisau itu diinstrumentasi dengan accelerometers dan pengocok electrodynamic digunakan untuk merangsang sistem pada lokasi yang tetap. Akselerasi diukur pada total 55 poin dan transduser kekuatan digunakan untuk mengukur kekuatan eksitasi yang diberikan oleh shaker. Gambar. 3 menunjukkan blade rotor utama dengan semua titik pengukuran, mengemudi titik dan sistem koordinat. Dari 55 accelerometers, 49 percepatan diukur dalam arah z, untuk menangkap beamwise dan dinamika torsi, sementara enam accelerometers lainnya diukur percepatan dalam arah y untuk mengidentifikasi dinamika di-pesawat. Selain itu, massa sekitar 300 g melekat pada satu lokasi untuk mensimulasikan unbalance mass pada pisau dan menjalankan percobaan kedua dilakukan untuk kasus itu.
- LMS SCADAS III dengan 64 saluran pengukuran dan dua saluran output.
- PC dengan software LMS Test.Lab 11A.
- 55 PCB 333B30
- PCB 086C03 dampak palu.
- PCB 208C03 kepala impedansi.
Akhirnya, PolyMAX metode identifikasi frekuensi domain [15], yang didasarkan pada kuadrat fit, digunakan untuk mengidentifikasi mode getaran pisau helikopter.
4. Deteksi Kerusakan dan lokalisasi
Untuk memverifikasi metode modal disajikan, hasil eksperimen dari analisis modal yang digunakan. Ini termasuk pisau murni sebagai model dasar dan hasil dari sistem dengan massa ditambahkan digunakan sebagai kumpulan data yang rusak. Sebagai tujuan utama, sensitivitas dan efektivitas dua metode deteksi modal diselidiki.
Setelah mengidentifikasi mode getaran, metode COMAC dapat langsung diterapkan dari Persamaan. (1), dan kemudian dinormalkan menggunakan prosedur yang sama dengan yang ditampilkan di (5). Indikator yang dihasilkan harus nol atau mendekati nol di mana tidak ada perubahan sistem, dan nilai-nilai yang tinggi harus menunjukkan adanya sistem ketidakseimbangan.
perkiraan Beam berdasarkan titik pengukuran dan menambahkan lokasi massa (merah). Setiap balok diwakili oleh salah satu garis hitam. (Untuk interpretasi referensi untuk warna dalam legenda angka ini, pembaca disebut versi web artikel.)
deteksi eksperimental menggunakan COMAC dan algoritma energi regangan – aplikasi untuk sebuah helikopter blade rotor utama. (a) deteksi eksperimental menggunakan indeks kerusakan COMAC. (b) deteksi eksperimental menggunakan indeks kerusakan energi regangan. (Untuk interpretasi referensi untuk warna dalam kalimat ini, pembaca disebut versi web artikel.)
Untuk energi regangan modal, garis sensor dibagi dalam tiga balok terpisah untuk perhitungan. Garis bawah sensor dekat tepi terkemuka (lihat Gambar. 3) digunakan sebagai baris pertama, baris pertengahan sensor dapat digunakan untuk mewakili dinamika balok untuk gerakan di-pesawat dan garis atas pada pisau, dekat trailing edge, dapat digunakan sebagai balok lentur kedua, dan juga untuk memperhitungkan mode torsional. Gambar. 4 menunjukkan lokasi massa tambah serta tiga garis balok.
Prosedur deteksi dilakukan untuk hasil eksperimen yang diperoleh dari pisau, dan indeks dihitung dan ditunjukkan pada Gambar. 5, dengan lokasi massa yang ditunjukkan dengan warna merah.
Maka hasilnya dapat dianalisis. Pertama-tama, kedua metode menunjukkan puncak mendeteksi perkiraan posisi ketidakseimbangan massa. Amplitudo dan akurasi puncak, serta jumlah suara (dan puncak positif palsu) hadir pada sisa pisau harus berhubungan dengan sensitivitas dan ketahanan metode.
Untuk teknik COMAC, hasil percobaan menunjukkan jumlah yang wajar dari kebisingan tanpa puncak tajam langsung mewakili positif palsu, sedangkan modal metode energi regangan adalah ribut dari COMAC, tetapi juga lebih sensitif (menunjukkan tinggi nilai indeks kerusakan) dan tetap itu masih dapat menemukan di mana massa tambah berada. Selain itu, metode energi regangan modal lebih tepat dalam menemukan di mana perubahan sistem terjadi, dengan COMAC menunjukkan pergeseran di puncak.
5. Kesimpulan dan komentar
Pekerjaan yang dilakukan sejauh menunjukkan identifikasi eksperimental dan dua metode deteksi kerusakan berbasis modal untuk helikopter komposit blade rotor utama.Karakteristik pisau helikopter telah disajikan dan analisis modal eksperimental dilakukan untuk mengidentifikasi mode getaran pisau. Kemudian, dua metode monitoring berbasis modal, COMAC dan energi regangan modal, diperkenalkan dan diterapkan untuk kondisi eksperimental menggunakan massa sebagai unbalance untuk mensimulasikan kerusakan dan perbandingan dilakukan antara kasus yang diteliti.
Ketika menganalisis metode deteksi berbasis modal yang disajikan, beberapa karakteristik mereka dapat dipahami dan disimpulkan. Kedua metodologi mampu mendeteksi lokasi perubahan sistem, tetapi dengan beberapa pernyataan penting. Pertama-tama, indikator kerusakan COMAC terbukti kurang sensitif dibandingkan teknik energi regangan, namun tetap dengan hasil yang wajar, meskipun indeks kerusakan tidak mendeteksi lokasi yang tepat dari massa tambah. Energi modal regangan
Ucapan Terima Kasih
Penelitian ini dilakukan dalam rangka proyek ” IMESCON ” (FP7-ORANG-2010-ITN GA Nr. 264.672) dan ” WiBRATE ” (FP7-ICT-2011-7, GA 289041). Fa’bio Luis Marques dos Santos, penulis pertama makalah ini, diselenggarakan oleh LMS International (sekarang Siemens Industri Software NV) sebagai Tahap Peneliti Pada awal ” IMESCON ” proyek.Para penulis dari karya ini mengucapkan terima kasih Komisi Eropa untuk mendukung.
formulasi menggunakan banyak pendekatan untuk menghitung indeks kerusakan akhir, tapi masih tersedia kemungkinan deteksi yang baik dan sensitivitas.
Karya masa termasuk penggunaan berbagai jenis sensor, seperti pengukur regangan atau Fiber Bragg Grating (GDP) sensor, untuk langsung mengukur mode regangan yang akan digunakan dalam formulasi energi regangan. Metode yang lebih tepat yang mendekati mode regangan dari mode perpindahan juga merupakan bagian dari rencana masa depan untuk lebih memahami hubungan regangan-perpindahan untuk struktur komposit kompleks ini.
nurarifinerizal.wordpress.com 