Ανίχνευση και εύρεση θέσης απλών και πολλαπλών βλαβών σε ουραίο τμήμα μη επανδρωμένου αεροσκάφους από σύνθετα υλικά μέσω μεθόδου που βασίζεται σε συναρτησιακά μοντέλα

• Κύριος συγγραφέας: Βλαχόπουλος, Παναγιώτης
• Άλλοι συγγραφείς: Vlachopoulos, Panagiotis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Διάγνωση βλαβών; Δοκός ορθογωνικής διατομής; Mη επανδρωμένου αεροσκάφους; Damage diagnosis; Orthogonal cross section; Unmanned aerial vehicle (UAV)

Στην παρούσα εργασία αντιμετωπίζεται το πρόβλημα της διάγνωσης βλαβών με έμφαση στην εύρεση της επακριβούς θέσης (συντεταγμένες) διπλών βλαβών μέσω μεθόδου που βασίζεται σε Συναρτησιακά Μοντέλα (Functional Model Based Method, FMBM). Η κατασκευή που χρησιμοποιείται είναι μία ορθογωνικής διατομής (διαστάσεις διατομής 0.08x0.115m) δοκός από σύνθετα υλικά, πραγματικής κλίμακας (μήκος 2.57m, μάζα 3569 gr), που αποτελεί μέρος του ουραίου τμήματος ενός μη επανδρωμένου αεροσκάφους (UAV) διπλής ουράς. Στη δοκό χρησιμοποιούνται μικρές μάζες (28.3 gr) οι οποίες προσομοιώνουν πρώιμες, μη-καταστροφικές βλάβες, επηρεάζοντας τοπικά τα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής. Οι μελετώμενες βλάβες είναι είτε μονές (μία μάζα), είτε διπλές (ζεύγος μαζών) και τοποθετούνται σε διάφορα σημεία κατά μήκος της δοκού σε μία ή δύο πλευρές. Η δοκός διεγείρεται από τυχαία διέγερση τύπου λευκού θορύβου που δεν χρησιμοποιείται στη διάγνωση βλαβών, ενώ σήματα στοχαστικής ταλάντωσης λαμβάνονται από δύο πιεζοηλεκτρικά επιταχυνσιόμετρα. Μετρήσεις λαμβάνονται από πολυάριθμα πειράματα (1321) με την δοκό υπό «υγιή» (χωρίς μάζες) κατάσταση, αλλά και υπό μονή ή διπλή βλάβη. Η μοντελοποίηση της Συνάρτησης Μετάδοσης (Transmittance Function, TF) πραγματοποιείται μέσω αντίστοιχου παραμετρικού μοντέλου αυτοπαλινδρόμησης με εξωγενή ψευδό-διέγερση (Transmittance Function AutoRegressive with eXogenous excitation, TF-ARX). Το συγκεκριμένο είδος μοντέλου χρησιμοποιεί ζεύγος σημάτων απόκρισης για την εξάλειψη αβεβαιοτήτων (π.χ. διαφορετικό συχνοτικό περιεχόμενο) που σχετίζονται με την διέγερση. Στη συνέχεια η ανίχνευση βλαβών βασίζεται στις παραμέτρους του παραμετρικού μοντέλου TF-ARX, το οποίο αρχικά εκτιμάται χρησιμοποιώντας μετρήσεις με τη δοκό υπό την υγιή κατάσταση, οι οποίες στη συνέχεια συγκρίνονται μέσω κατάλληλου στατιστικού ελέγχου υποθέσεων με τις παραμέτρους αντίστοιχου μοντέλου που εκτιμάται από μετρήσεις με τη δοκό υπό «άγνωστη» κατάσταση. Ο καθορισμός της επακριβούς εύρεσης της θέσης (εκτίμηση συντεταγμένων) των βλαβών πραγματοποιείται με τη μέθοδο FMBM η οποία βασίζεται σε Συναρτησιακά Μοντέλα (FP models) που μοιάζουν με τα TF-ARX, έχοντας τη σημαντική διαφορά ότι οι παράμετροι του έχουν συναρτησιακή εξάρτηση από τις συντεταγμένες της βλάβης πάνω στη δοκό. Έτσι, στη φάση εκπαίδευσης της μεθόδου, εκτιμώνται δύο βαθμωτά (FP-TF-ARX) συναρτησιακά μοντέλα για την αναπαράσταση της δυναμικής της δοκού υπό απλές βλάβες σε κάθε μία από τις δύο μελετώμενες πλευρές της δοκού, ενώ εκτιμώνται και τρία διανυσματικά (VFP-TF-ARX) συναρτησιακά μοντέλα για διπλές βλάβες σε κάθε πλευρά αλλά και συνδυαστικά στις δύο πλευρές. Τα αποτελέσματα κατά την ανίχνευση βλάβης είναι εξαιρετικά, αφού επιτυγχάνεται 100% σωστή ανίχνευση όλων των βλαβών με μηδενικούς ψευδο-συναγερμούς. Επιπρόσθετα, τα αποτελέσματα ορθού χαρακτηρισμού όλων των μελετώμενων βλαβών ως απλών ή διπλών στις μελετώμενες επιφάνειες είναι πολύ καλά επιτυγχάνοντας ποσοστό ορθού χαρακτηρισμού ίσο με 97.62%, ενώ η εκτίμηση των συντεταγμένων τους πραγματοποιείται με μέσο σφάλμα 3.96±2.92 cm, το οποίο είναι εκφρασμένο μέσω της Ευκλείδειας απόστασης από την πραγματική θέση της βλάβης. Ειδικότερα, το μέσο σφάλμα εύρεσης θέσης των απλών βλαβών είναι 2.84±1.13 cm, ενώ μεγαλύτερη ακρίβεια επιτυγχάνεται σε απλές βλάβες που βρίσκονται στην ίδια επιφάνεια με τα αισθητήρια όπου το σφάλμα γίνεται 1.55±1.02 cm. Τέλος, μεγαλύτερο μέσο σφάλμα (5.68±4.84 cm) παρατηρείται για διπλές βλάβες σε διαφορετικές επιφάνειες της δοκού.