Hàm đáp ứng tần số của dầm Timoshenko có nứt được đo bằng cảm biến piezoelectric phân bổ

Vietnam Journal of Mechanics - Tập 46 Số 1 - Trang 15-30 - 2024
Nguyen Tien Khiem1, Tran Thanh Hai1, Nguyen Thi Lan1, Ho Quang Quyet1, Ha Thanh Ngoc2, Pham Van Kha3
1\(^1\) Institute of Mechanics, VAST, Hanoi, Vietnam
2\(^2\) Institute of Mechanics and Environmental Engineering, VUSTA, Hanoi, Vietnam
3\(^3\) HCMC Occupational Safety & Health Inspection & Training JSC, Ho Chi Minh City, Vietnam

Tóm tắt

Trong báo cáo hiện tại, một khái niệm mới về hàm đáp ứng tần số (FRF) được giới thiệu cho dầm piezoelectric. Đầu tiên, một mô hình dầm Timoshenko được liên kết với một lớp piezoelectric được thiết lập và được sử dụng để suy diễn hàm đáp ứng tần số thông thường được công nhận là hàm đáp ứng tần số cơ khí (MERF). Sau đó, điện tích đầu ra sản sinh trong lớp piezoelectric được tính toán từ MFRF và do đó hàm phụ thuộc vào tần số thu được được gọi là hàm đáp ứng tần số điện (EFRF) cho dầm tích hợp. Khái niệm FRF này phụ thuộc chỉ vào vị trí kích thích và có thể được biểu diễn một cách rõ ràng thông qua các tham số vết nứt. Điều này cung cấp một công cụ mới cho phân tích mô hình và giám sát sức khỏe cấu trúc của các hệ thống điện cơ, đặc biệt là trong việc phát hiện nứt trong các dầm sử dụng cảm biến piezoelectric phân bổ. Độ nhạy của EFRF đối với nứt đã được xem xét và minh họa trong các ví dụ số cho dầm Timoshenko có nứt.

Từ khóa

#frequency response function #cracked Timoshenko beam #piezoelectric layer #sensitivity analisis

Tài liệu tham khảo

H. Sohn, C. R. Farrar, F. M. Hemez, D. D. Shunk, D. W. Stinemates, B. R. Nadler, and J. J. Czarnecki. A review of structural health monitoring literature: 1996–2001. Los Alamos National Laboratory Report, (2003).

W. Fan and P. Qiao. Vibration-based damage identification methods: A review and comparative study. Structural Health Monitoring, 10, (2010), pp. 83–111.

R. Hou and Y. Xia. Review on the new development of vibration-based damage identification for civil engineering structures: 2010–2019. Journal of Sound and Vibration, 491, (2021).

Z. Wang, R. M. Lin, and M. K. Lim. Structural damage detection using measured FRF data. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 147, (1997), pp. 187–197.

S. K. Thyagarajan, M. J. Schulz, P. F. Pai, and J. Chung. Detecting structural damage using frequency response functions. Journal of Sound and Vibration, 210, (1998), pp. 162–170.

R. P. C. Sampaio, N. M. M. Maia, and J. M. M. Silva. Damage detection using the frequency-response-function curvature method. Journal of Sound and Vibration, 226, (1999), pp. 1029–1042.

U. Lee and J. Shin. A frequency response function-based structural damage identification method. Computers & Structures, 80, (2002), pp. 117–132.

N.-G. Park and Y.-S. Park. Damage detection using spatially incomplete frequency response functions. Mechanical Systems and Signal Processing, 17, (2003), pp. 519–532.

H. Y. Hwang and C. Kim. Damage detection in structures using a few frequency response measurements. Journal of Sound and Vibration, 270, (2004), pp. 1–14.

X. Liu, N. A. J. Lieven, and P. J. Escamilla-Ambrosio. Frequency response function shape-based methods for structural damage localisation. Mechanical Systems and Signal Processing, 23, (2009), pp. 1243–1259.

M. Dilena, M. P. Limongelli, and A. Morassi. Damage localization in bridges via the FRF interpolation method. Mechanical Systems and Signal Processing, 52–53, (2015), pp. 162–180.

E. F. Crawley and J. de Luis. Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent structures. AIAA Journal, 25, (1987), pp. 1373–1385.

H. S. Tzou and C. I. Tseng. Distributed piezoelectric sensor/actuator design for dynamic measurement/control of distributed parameter systems: A piezoelectric finite element approach. Journal of Sound and Vibration, 138, (1990), pp. 17–34.

D.Wang, H. Song, and H. Zhu. Electromechanical impedance analysis on piezoelectric smart beam with a crack based on spectral element method. Mathematical Problems in Engineering, 2015, (2015), pp. 1–13.

W. Na and J. Baek. A review of the piezoelectric electromechanical impedance based structural health monitoring technique for engineering structures. Sensors, 18, (2018).

T. Wang, B. Tan, M. Lu, Z. Zhang, and G. Lu. Piezoelectric electro-mechanical impedance (EMI) based structural crack monitoring. Applied Sciences, 10, (2020).

S. Bhalla and C.-K. Soh. Progress in structural health monitoring and non-destructive evaluation using piezo-impedance transducers. Smart Materials and Structures: New Research, Nova Science Publishers, Inc., New York, (2007), pp. 177–228.

N. T. Khiem, T. T. Hai, L. K. Toan, N. T. Lan, and H. Q. Quyet. A novel criterion for crack detection in beam structures by frequency response functions. Vietnam Journal of Mechanics, 45, (2023), pp. 273–286.

T. G. Chondros, A. D. Dimarogonas, and J. Yao. Longitudinal vibration of a continuous cracked bar. Engineering Fracture Mechanics, 61, (1998), pp. 593–606.

T. G. Chondros, A. D. Dimarogonas, and J. Yao. A continuous cracked beam vibration theory. Journal of Sound and Vibration, 215, (1998), pp. 17–34.

T. T. Hai, P. T. Hang, and N. T. Khiem. A novel criterion for crack identification in beamlike structures using distributed piezoelectric sensor and controlled moving load. Journal of Sound and Vibration, 572, (2024).

R. J. Allemang. The modal assurance criterion–twenty years of use and abuse. Sound and Vibration, 37, (8), (2003), pp. 14–23.

E. J. Williams and A. Messina. Applications of the multiple damage location assurance criterion. Key Engineering Materials, 167–168, (1999), pp. 256–264.

N. T. Khiem, T. T. Hai, and L. Q. Huong. Effect of piezoelectric patch on natural frequencies of Timoshenko beam made of functionally graded material. Materials Research Express, 7, (2020).