Název: Monitorování kompozitních konstrukcí za použití piezoelektrických senzorů a aktuátorů
Další názvy: Structural health monitoring of composites using piezoelectric patches
Autoři: Sadílek, Petr
Vedoucí práce/školitel: Zemčík, Robert
Zemčík, Robert
Datum vydání: 2013
Nakladatel: Západočeská univerzita v Plzni
Typ dokumentu: disertační práce
URI: http://hdl.handle.net/11025/10732
Klíčová slova: SHM;chirp
Klíčová slova v dalším jazyce: structural health monitoring;chirp
Abstrakt: Cílem této práce je navrhnout metodiku, s jejíž pomocí je možné identifikovat poškození na kompozitní struktuře v závislosti na změně spektrální charakteristiky. Použití takové metodologie může odhalit poškození konstrukce bez nutnosti vizuální kontroly. Odstranění kontroly snižuje náklady a navíc umožňuje nepřetržité monitorování dané konstrukce. Uvedený přístup využívá piezoelektrické materiály a jejich okamžitou odezvu. Pro detailnější porozumění chování piezoelektrických materiálů je nejprve vytvořen jednorozměrný konečněprvkový model s piezoelektrickým jevem. Numerický model je implementován do prostředí Matlabu a porovnán na odpovídajících problémech s analytickým řešením. Následně jsou provedeny experimenty na nepoškozených konstrukcích za pomoci piezoelektrického senzoru a aktuátoru. Nejprve jsou zjištěny vlastní frekvence hliníkové sítě. Následně je vytvořen odpovídající konečněprvkový model. Hodnoty získané z experimentů a MKP modelu se liší maximálně o 10% u sledovaných hodnot. Následující experimenty jsou provedeny na stejné hliníkové konstrukci, s předdefinovanými místy poškození. Změna vlastních frekvencí je nezávislá na budícím signálu, ale místo poškození není možné bez hlubšího výzkumu identifikovat. Po experimentech s isotropní konstrukcí je zkoumáno chování kompozitních struktur během rázových zkoušek. Za použití chirp signálu je nejprve změřeno spektrum vlastních frekvencí na nepoškozené jednosměrové kompozitové desce a následně po každém rázu. Měření z jednotlivých poškození jsou porovnána. Změna spektra vlastních frekvencí odpovídá růstu trhliny. Následující experimenty probíhají na sendvičových vzorcích, kde jsou možné různé druhy poškození. Sada sendvičových nosníků (vyříznutých z jedné desky) je podrobena stejné sekvenci rázů, pro dosažení porovnatelných výsledků. Všechny sledované vzorky vykazují do určité frekvence srovnatelnou změnu frekvenčního spektra. Testovaná metodika dokáže odhalit poškození bez dalších přidaných výpočtů, ale pro identifikaci druhu poškození kompozitní konstrukce je nutný hlubší výzkum, který přesahuje rámec této práce.
Abstrakt v dalším jazyce: The aim of this thesis is to propose a methodology that is able to identify a damage on a composite structure using change of spectral characteristics. Use of such methodology may reveal damage of the structure without a need of visual inspection. Removal of inspection reduces costs and, moreover, the structure may be monitored continually. Use of piezoelectric materials is chosen for this approach, as they respond in real time. In the first step, for deeper understanding of behaviour of piezoelectric materials, one dimensional finite element with piezoelectric effect is developed. The mathematical model is implemented in MATLAB environment and compared on adequate problems to analytical solution. Afterwards, experiments on undamaged and damaged structures are performed using two piezoelectric patches (one sensor and one actuator). Firstly, an aluminium grid structure is investigated for eigenfrequencies. An adequate finite element model is created to evaluate eigenfrequencies of the structure. Values from the experiments and FEM analysis differ in maximum 10% in the tracked values. Following experiments are performed on the same aluminium structure with predefined damages. Change of eigenfrequencies is clearly independent of the excitation signal, but localization of the damage is not possible without a deeper research. After the experiments with isotropic structure, the behaviour of composite structures is tested during series of impact using chirp signal. Firstly, spectrum of eigenfrequencies is measured on undamaged unidirectional composite plate and then after each impact. Measurements of the plate with different level of damage are compared. Change of eigenfrequency spectrum corresponds with the growth of the crack. Following experiments are performed on sandwich materials where more different types of failures may occur. Set of sandwich beams (cut out from one plate made of two outer composite layers and a foam core) is investigated. Several samples are impacted in the same manner to get comparable results. All monitored samples show similar change of frequency spectrum up to certain frequency. Tested methodology is able to reveal the damage without a need of additional computations, but for identification of type of damage or its localization more extensive research beyond the scope of this work is necessary.
Práva: Plný text práce je přístupný bez omezení
Vyskytuje se v kolekcích:Disertační práce / Dissertations (FAV)

Soubory připojené k záznamu:
Soubor Popis VelikostFormát 
Ing_Petr_Sadilek_2013.pdfPlný text práce18,74 MBAdobe PDFZobrazit/otevřít
hodnoceni-skolitel-sadilek.pdfPosudek vedoucího práce567,76 kBAdobe PDFZobrazit/otevřít
posudky-odp-sadilek.pdfPosudek oponenta práce4,22 MBAdobe PDFZobrazit/otevřít
protokol-odp-sadilek.pdfPrůběh obhajoby práce882,71 kBAdobe PDFZobrazit/otevřít


Použijte tento identifikátor k citaci nebo jako odkaz na tento záznam: http://hdl.handle.net/11025/10732

Všechny záznamy v DSpace jsou chráněny autorskými právy, všechna práva vyhrazena.