شبیه‌سازی پایش سلامت برخط سازه‌های دریایی با استفاده از روش امپدانس الکترومکانیکی

روش امپدانس الکترومکانیکی ازجمله روش‌های برخط پایش سلامت سازه به شمار می‌رود. بهره‌گیری از وصله‌های پیزوالکتریک برای تحریک فرکانس‌ بالای سازه میزبان ، منجر به تشخیص عیوب‌ ریز می‌شود. از طرفی، انواع آسیب‌های محیطی از قبیل خوردگی منجر به ازکارافتادگی سازه‌های دریایی می‌شوند. بنابراین پایش سلامت این سازه‌ها به‌منظور بهینه‌سازی فرایند تعمیر و نگهداری آن‌ها ضروری است. هدف از تحقیق حاضر بررسی امکان استفاده از روش امپدانس الکترومکانیکی جهت شناسایی آسیب در سازه‌های دریایی است. در این راستا از یک شبیه‌سازی المان محدود چند فیزیکه وابسته برای مدل‌سازی نحوه ارتعاشات دائمی یک تیر مغروق در سیال و استخراج امپدانس الکترومکانیکی استفاده شد. جهت صحه‌گذاری مدل توسعه داده‌شده، 5 فرکانس طبیعی اول ارتعاش عرضی تیر در سیال آب با نتایج تئوری موجود مقایسه شد. در ادامه، امپدانس الکترومکانیکی تیر سالم در سه عمق مختلف از آب استخراج و با حالت تیر قرار داده‌شده در هوا مقایسه شد. درنهایت، قابلیت شناسایی آسیب در سیال آب توسط روش امپدانس الکترومکانیکی، با شبیه‌سازی آسیب خوردگی با ابعاد مختلف موردبررسی قرار گرفت. تغییرات یکنوای شاخص آسیب مجذور میانگین مربعات خطا در هر دو محیط، نشان از قابلیت مناسب آن در شناسایی و پیش‌بینی آسیب دارد.

Online health monitoring of marine structures using electromechanical impedance spectroscopy: A simulation approach

Electromechanical impedance (EMI) spectroscopy is categorized as an online and realtime structural health monitoring methods. Taking advantage of the simultaneous actuation/sensing characteristics of piezoelectric patches to excite the host structure in highfrequency ranges, as well as recording the dynamic signature, enables the EMI to identify incipient damages. Marine structures are often exposed to a variety of environmental damage, including corrosion which necessitates the use of structural health monitoring methods in their maintenance programs. This study aims to investigate the possibility of using EMI spectroscopy to detect damage in marine structures. In this regard, a multiphysics finite element simulation was used to model the vibration of a submerged beam and extract the EMI spectrum. To validate the model, the first 5 eigenfrequencies of transverse vibration in water are compared with the existing experimental results. Next, the variation of the EMI of a pristine submerged was investigated at three different depths. Finally, a corrosion defect was applied to the beam to study the potential of damage detection in the fluid medium. The monotonic behavior of the root mean square deviation damage index indicates its adequacy for damage identification in submerged structures.