Grant/Projek zakończony
Modelowanie zjawiska propagacji fal sprężystych
Identyfikator grantu: PT00686
Kierownik projektu: Paweł Kudela
Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku
Gdańsk
Data otwarcia: 2018-09-05
Data zakończenia: 2021-01-27
Streszczenie projektu
Celem projektu jest dążenie do opracowania systemu monitorowania stanu technicznego konstrukcji opartego o model zjawiska propagacji fal sprężystych.
Typowo detekcja i lokalizacja uszkodzeń w konstrukcjach odbywa się poprzez przetwarzanie sygnałów propagujących fal sprężystych rejestrowanych przez przetworniki piezoelektryczne. Poszukuje się anomalii propagacji fal sprężystych w stosunku do konstrukcji nieuszkodzonej. Z uwagi na złożony charakter fal sprężystych (dyspersyjny i wielomodowy), oraz zmiany parametrów propagacji pod wpływem środowiska (np. spowodowane temperaturą) podejście to wielokrotnie prowadzi do niedokładnych rezultatów. Alternatywnym podejściem byłoby wykorzystanie modelu, który odzwierciedla zjawisko propagacji fal sprężystych w analizowanej strukturze z wystarczającą dokładnością i jednocześnie uwzględnia wpływ temperatury. Wówczas baza wzorców z modelu mogłaby zostać porównana z sygnałami eksperymentalnymi, a minimalna różnica wskazałaby stan uszkodzenia. Jest to bardzo złożone zadanie optymalizacji, które wymaga wielu symulacji numerycznych dla wielu parametrów materiałowych. Dlatego wykorzystywana jest implementacja równoległa metody spektralnych elementow skończonych w dziedzinie czasu. Symulacje propagacji fal sprężystych prowadzone są na kartach GPU, co umożliwia znaczące skrócenie czasu obliczeń.
Typowo detekcja i lokalizacja uszkodzeń w konstrukcjach odbywa się poprzez przetwarzanie sygnałów propagujących fal sprężystych rejestrowanych przez przetworniki piezoelektryczne. Poszukuje się anomalii propagacji fal sprężystych w stosunku do konstrukcji nieuszkodzonej. Z uwagi na złożony charakter fal sprężystych (dyspersyjny i wielomodowy), oraz zmiany parametrów propagacji pod wpływem środowiska (np. spowodowane temperaturą) podejście to wielokrotnie prowadzi do niedokładnych rezultatów. Alternatywnym podejściem byłoby wykorzystanie modelu, który odzwierciedla zjawisko propagacji fal sprężystych w analizowanej strukturze z wystarczającą dokładnością i jednocześnie uwzględnia wpływ temperatury. Wówczas baza wzorców z modelu mogłaby zostać porównana z sygnałami eksperymentalnymi, a minimalna różnica wskazałaby stan uszkodzenia. Jest to bardzo złożone zadanie optymalizacji, które wymaga wielu symulacji numerycznych dla wielu parametrów materiałowych. Dlatego wykorzystywana jest implementacja równoległa metody spektralnych elementow skończonych w dziedzinie czasu. Symulacje propagacji fal sprężystych prowadzone są na kartach GPU, co umożliwia znaczące skrócenie czasu obliczeń.
Publikacje
- R. Soman, P. Kudela, K. Balasubramaniam, S.K. Singh, P. Malinowski, A Study of Sensor Placement Optimization Problem for Guided Wave-Based Damage Detection, Sensors 19, (2019) 1856
- P. Kudela, J. Moll, P. Fiborek, Parallel spectral element method for guided wave based structural health monitoring, Smart Materials and Structures -, (2020) -
- Pawel Kudela, Piotr Fiborek, Vectorization of the code for guided wave propagation problems, European Workshop on Structural Health Monitoring. EWSHM 2020. Lecture Notes in Civil Engineering 127, (2021) 707-715
- P. Kudela, J. Moll, P. Fiborek, Parallel spectral element method for guided wave based structural health monitoring, Smart Materials and Structures 29, (2020) 095010