تتشخیص تجربی و عددی شل‌شدگی اتصالات پیچی فلنجی به کمک روش مدولاسیون ویبروآکوستیک

پیچ‌ها اتصالاتی موقتی و پرکاربرد هستند که اگرچه به واسطه ویژگی‌های مثبت فراوان، در اغلب سازه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ اما به واسطه ماهیت عملکردی‌شان همواره در معرض خرابی و متعاقباً، آسیب‌رسانی به سازه یا تجهیز می‌باشند. از علل رایج خرابی سازه‌های صنعتی دارای اتصالات پیچی، شل‌شدگی پیچ‌ها می‌باشد که تشخیص به‌موقع آن می‌تواند سبب پیشگیری از تحمیل هزینه‌های سنگین مالی و بعضاً جانی گردد. روش‌های مرسوم تشخیص این عیب، معایب مختلفی دارند، به عنوان مثال روش‌های کنترل گشتاور اغلب دارای خطای بالا بوده، روش‌های مبتنی بر اندازه‌گیری امپدانس هزینه‌هایی بالا به همراه داشته و روش‌های ارتعاشی یا اولتراسونیک نیز به واسطه استفاده از پدیده‌هایی خطی در تشخیص خرابی، از دقت بالایی برخوردار نمی‌باشند. روش مدولاسیون ویبروآکوستیک یکی از روش‌هایی است که به کمک اندازه‌گیری شدت مدولاسیون سیگنال‌های ارتعاشی و اولتراسونیک اعمال‌شده به سازه، می‌تواند با دقت بسیار بالایی به تشخیص و ارزیابی شل‌شدگی اتصالات پیچی بپردازد. در این مقاله، با ساخت نمونه‌ی آزمایشگاهی یک پایه برج یک توربین بادی، کارایی روش در تحلیلی تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است و نشان داده شده است که این روش قادر به تشخیص وجود شل‌شدگی با دقتی 12.5 درصدی می‌باشد. علاوه بر این، تاثیر پارامترهایی همچون؛ فرکانس تحریک اولتراسونیک و ارتعاشی، محل قرارگیری حسگر و عملگر، شدت گشتاور اعمال‌شده به پیچ‌ها، تاثیر افزایش بیش از حد گشتاور بررسی‌شده و دقت روش در سازه‌ی مدنظر تخمین زده شده است.

Experimental and Numerical Looseness Detection and Assessment in Flanged Joints Using Vibro-Acoustic Modulation Method

Flanged joints’ looseness is among the common causes for the failure of industrial structures with flanged joints the timely detection of which can prevent the imposition of heavy financial losses and in some cases injuries. There are conventional methods for detecting this fault and each of them has its drawbacks. For instance, torque control methods have a high error of measurement, impedancebased measurement methods; have high expenses, and vibration or ultrasonic methods lack accuracy due to the use of linear phenomena in fault detection. VibroAcoustic modulation method is one of the nonlinear fault detection methods that can detect and assess looseness of flanged joints with high precision through the measurement of the intensity of the vibrational and ultrasonic signals modulation applied to the structure. This paper was an attempt to investigate the efficiency of the VibroAcoustic modulation method in the detection and evaluation of flanged joints numerically and experimentally.  For this, a laboratory sample composed of two pipes connected with flanged joints is employed. It is revealed that this method can detect bolt looseness with 12.5% precision. Besides, the effect of parameters such as ultrasonic and vibrational frequency, the amplitude of applied torque, sensors and actuators position, as well as excessive increase of torque have been examined and the method precision in the studied structure has been estimated.