Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης
Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την ανίχνευση του σταδίου συσσώρευσης βλάβης σε μονοδιεύθυντα GFRP λόγω κόπωσης. Στο παρελθόν έχει προταθεί από διάφορους ερευνητές και έχει επαληθευτεί πειραματικά, ότι υλικά τύπου FRP, τα οποία υποβάλλονται σε κόπωση, διέρχονται από τρία στάδια συσσώρευσ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15286 |
| id |
nemertes-10889-15286 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Εναπομένουσα δυσκαμψία Κόπωση Καμπύλες διασκόρπισης Μηχανική μάθηση Συσσώρευση βλάβης Residual stiffness Fatigue Dispersion curves Machine learning Damage accumulation |
| spellingShingle |
Εναπομένουσα δυσκαμψία Κόπωση Καμπύλες διασκόρπισης Μηχανική μάθηση Συσσώρευση βλάβης Residual stiffness Fatigue Dispersion curves Machine learning Damage accumulation Δημητρίου, Πλαστήρας Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την ανίχνευση του σταδίου συσσώρευσης βλάβης σε μονοδιεύθυντα GFRP λόγω κόπωσης. Στο παρελθόν έχει προταθεί από διάφορους ερευνητές και έχει επαληθευτεί πειραματικά, ότι υλικά τύπου FRP, τα οποία υποβάλλονται σε κόπωση, διέρχονται από τρία στάδια συσσώρευσης βλάβης πριν την αστοχία. Τα τρία αυτά στάδια σχετίζονται με την απομείωση της δυσκαμψίας του υλικού και συζητούνται με λεπτομέρειες στην παρούσα εργασία. Συγκεκριμένα, έχει δειχθεί ότι η σχέση που συνδέει την εναπομένουσα δυσκαμψία και τους αδιάστατους κύκλους φόρτισης μπορεί να προσεγγιστεί από έναν εκθετικό νόμο. Σκοπός της εργασίας, με δεδομένη την προαναφερθείσα συμπεριφορά των υλικών στην κόπωση, είναι η εύρεση μιας μη καταστροφικής μεθόδου, η οποία να εκμεταλλεύεται την απομείωση της δυσκαμψίας για να ανιχνεύσει το στάδιο συσσώρευσης βλάβης.
Γνωρίζοντας ότι η ταχύτητα διάδοσης των ελαστικών κυμάτων σε ένα ανισότροπο υλικό αποτελεί συνάρτηση των ιδιοτήτων του, έγινε κατασκευή ενός μοντέλου το οποίο ανιχνεύει την μεταβολή της ταχύτητας λόγω της απομείωσης της δυσκαμψίας. Λόγω του μικρού πάχους του υλικού, έχουμε την εμφάνιση του φαινομένου της διασκόρπισης, δηλαδή της εξάρτησης της ταχύτητας από την συχνότητα και άρα διάδοσης περισσότερων mode αυξανόμενης της συχνότητας.
Με την χρήση της αριθμητικής μεθόδου Spectral Collocation Method, γίνεται υπολογισμός των καμπυλών διασκόρπισης για το υλικό και ακολούθως γίνεται επιλογή κατάλληλου mode το οποίο θα πληροί συγκεκριμένα κριτήρια για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση του σταδίου συσσώρευσης της βλάβης. Το mode που φάνηκε να πληροί τα κριτήρια είναι το S0 mode. Στη συνέχεια, γίνεται ανάλυση ευαισθησίας για να βρεθούν οι ιδιότητες από τις οποίες εξαρτάται η ταχύτητα του S0 mode. Αφού βρεθούν, γίνεται χρήση Μηχανικής Μάθησης για την εύρεση της προσεγγιστικής σχέσης που συνδέει την ταχύτητα του S0 mode και τις ιδιότητες αυτές.
Τέλος, δείχνουμε πως αν η ταχύτητα του S0 mode υπολογιστεί πειραματικά και η προσεγγιστική αυτή σχέση λυθεί ως προς την δυσκαμψία, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της εναπομένουσας δυσκαμψίας.
Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας την εναπομένουσα δυσκαμψία και τον εκθετικό νόμο, μπορεί να επιτευχθεί η ανίχνευση του σταδίου συσσώρευσης βλάβης λόγω κόπωσης. |
| author2 |
Demetriou, Plastiras |
| author_facet |
Demetriou, Plastiras Δημητρίου, Πλαστήρας |
| author |
Δημητρίου, Πλαστήρας |
| author_sort |
Δημητρίου, Πλαστήρας |
| title |
Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης |
| title_short |
Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης |
| title_full |
Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης |
| title_fullStr |
Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης |
| title_full_unstemmed |
Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης |
| title_sort |
ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα gfrp με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15286 |
| work_keys_str_mv |
AT dēmētriouplastēras anichneusēstadioublabēskopōsēssemonodieuthyntagfrpmechrēsēmontelouenapomenousasdyskampsiaskampylōndiaskorpisēskaimēchanikēsmathēsēs AT dēmētriouplastēras fatiguedamagestateidentificationinudgfrpthroughtheuseofastiffnessdegradationmodeldispersioncurvesandmachinelearning |
| _version_ |
1771297270798483456 |
| spelling |
nemertes-10889-152862022-09-05T20:23:09Z Ανίχνευση σταδίου βλάβης κόπωσης σε μονοδιεύθυντα GFRP με χρήση μοντέλου εναπομένουσας δυσκαμψίας, καμπυλών διασκόρπισης και μηχανικής μάθησης Fatigue damage state identification in UD-GFRP through the use of a stiffness degradation model, dispersion curves and machine learning Δημητρίου, Πλαστήρας Demetriou, Plastiras Εναπομένουσα δυσκαμψία Κόπωση Καμπύλες διασκόρπισης Μηχανική μάθηση Συσσώρευση βλάβης Residual stiffness Fatigue Dispersion curves Machine learning Damage accumulation Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την ανίχνευση του σταδίου συσσώρευσης βλάβης σε μονοδιεύθυντα GFRP λόγω κόπωσης. Στο παρελθόν έχει προταθεί από διάφορους ερευνητές και έχει επαληθευτεί πειραματικά, ότι υλικά τύπου FRP, τα οποία υποβάλλονται σε κόπωση, διέρχονται από τρία στάδια συσσώρευσης βλάβης πριν την αστοχία. Τα τρία αυτά στάδια σχετίζονται με την απομείωση της δυσκαμψίας του υλικού και συζητούνται με λεπτομέρειες στην παρούσα εργασία. Συγκεκριμένα, έχει δειχθεί ότι η σχέση που συνδέει την εναπομένουσα δυσκαμψία και τους αδιάστατους κύκλους φόρτισης μπορεί να προσεγγιστεί από έναν εκθετικό νόμο. Σκοπός της εργασίας, με δεδομένη την προαναφερθείσα συμπεριφορά των υλικών στην κόπωση, είναι η εύρεση μιας μη καταστροφικής μεθόδου, η οποία να εκμεταλλεύεται την απομείωση της δυσκαμψίας για να ανιχνεύσει το στάδιο συσσώρευσης βλάβης. Γνωρίζοντας ότι η ταχύτητα διάδοσης των ελαστικών κυμάτων σε ένα ανισότροπο υλικό αποτελεί συνάρτηση των ιδιοτήτων του, έγινε κατασκευή ενός μοντέλου το οποίο ανιχνεύει την μεταβολή της ταχύτητας λόγω της απομείωσης της δυσκαμψίας. Λόγω του μικρού πάχους του υλικού, έχουμε την εμφάνιση του φαινομένου της διασκόρπισης, δηλαδή της εξάρτησης της ταχύτητας από την συχνότητα και άρα διάδοσης περισσότερων mode αυξανόμενης της συχνότητας. Με την χρήση της αριθμητικής μεθόδου Spectral Collocation Method, γίνεται υπολογισμός των καμπυλών διασκόρπισης για το υλικό και ακολούθως γίνεται επιλογή κατάλληλου mode το οποίο θα πληροί συγκεκριμένα κριτήρια για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση του σταδίου συσσώρευσης της βλάβης. Το mode που φάνηκε να πληροί τα κριτήρια είναι το S0 mode. Στη συνέχεια, γίνεται ανάλυση ευαισθησίας για να βρεθούν οι ιδιότητες από τις οποίες εξαρτάται η ταχύτητα του S0 mode. Αφού βρεθούν, γίνεται χρήση Μηχανικής Μάθησης για την εύρεση της προσεγγιστικής σχέσης που συνδέει την ταχύτητα του S0 mode και τις ιδιότητες αυτές. Τέλος, δείχνουμε πως αν η ταχύτητα του S0 mode υπολογιστεί πειραματικά και η προσεγγιστική αυτή σχέση λυθεί ως προς την δυσκαμψία, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της εναπομένουσας δυσκαμψίας. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας την εναπομένουσα δυσκαμψία και τον εκθετικό νόμο, μπορεί να επιτευχθεί η ανίχνευση του σταδίου συσσώρευσης βλάβης λόγω κόπωσης. This thesis is concerned with the fatigue damage accumulation stage identification in unidirectional GFRP. In the past, it has been proposed and experimentally proved by many researchers, that FRP materials under fatigue loading, go through three damage accumulation stages before failure, that are associated with their stiffness degradation and are discussed further later in the thesis. Specifically, it has been established, that the relation between residual stiffness and dimensionless load cycles can be approximated by a power law fitted in experimental data. The purpose of this thesis, given the previously mentioned behaviour of FRP materials under fatigue loading, is the proposal of a non-destructive method that will take advantage of the stiffness degradation to detect the fatigue damage accumulation stage. Taking advantage of the fact that elastic wave velocity inside an anisotropic material is a function of the material’s properties, a model has been constructed, that detects guided waves phase velocity variation, due to stiffness degradation. Due to the small thickness of the laminate, dispersion appears as waves propagate through the material, i.e. phase velocity depends on the frequency, and more modes appear as frequency increases. Using the Spectral Collocation Method we obtain the material’s dispersion curves and we then search for a specific mode that meets certain conditions so that it would be appropriate for the non-destructive method. This has been found to be the S0 mode. Subsequently, we perform a sensitivity analysis to identify the properties that the S0 mode phase velocity depends upon. After the identification, we use Machine Learning to obtain an approximate relation that correlates the S0 mode phase velocity and those properties. Finally, we show that if the S0 mode phase velocity is experimentally measured and this approximate relation is solved for stiffness, it can be used to calculate the residual stiffness. As a result, using the calculated residual stiffness and the previously mentioned power law, one can identify the fatigue damage accumulation stage. 2021-10-11T06:07:24Z 2021-10-11T06:07:24Z 2021-10-09 http://hdl.handle.net/10889/15286 gr application/pdf |
