بررسي عوامل موثر بر تشخيص عيب ناشي از خوردگي در پايش سلامتي تير يكسرگيردار به روش امپدانس الكترومكانيكي

Diagnosis and evaluation of factors affecting corrosion damage detection in health monitoring of cantilever beam by electromechanical impedance method

‌پايش سلامتي سازه بر اساس امپدانس الكترومكانيكي يكي از روش هاي پايش وضعيت و تشخيصِ بلادرنگ آسيب سازه مي‌باشد كه از خواصِ كوپل مواد پيزوالكتريك بهره مي‌برد. هنگام قرارگيري يك سازه در معرض خوردگي، يك فرآيند الكتروشيميايي آغاز شده و با گذشت زمان عيوبي در سطحِ سازه ايجاد مي‌گردد. در سازه در معرض خوردگي، با اين‌كه كاهش جرم ناچيزي در سازه ايجاد مي‌گردد ولي باعث كاهشي چشمگير در استحكام مكانيكي، يكپارچگي و عمرخستگي آن مي‌شود. بنابراين پايش دقيق سلامتي سازه بمنظور تشخيص عيوب سطحيِ ناشي از خوردگي و پيش بيني اثر خوردگي بر روي خواص مكانيكي و پيوستگي يك سازه حائز اهميت مي‌باشد. در اين مقاله از روش امپدانس الكترومكانيكي براي بررسي عيب خوردگي در پايش سلامتي تير يكسرگيردار استفاده‌شده و تشخيص و بررسي عوامل موثر بر معيار آسيبِ ناشي از خوردگي صورت گرفته است. بدين منظور آزمايش‌هايي جهت اندازه‌گيري طيف‌هاي امپدانس بر روي يك تير آلومينيومي انجام گرفته و خوردگي مد نظر نيز توسط اسيد بصورت كنترل شده بر روي تير تحميل گشته‌است. جهت تشخيص كمي عيب، از معيار آسيب اسكالر استفاده‌ شده‌است. نتايج تجربي حاصل از آزمايش‌ها انجام گرفته بر روي تير يكسرگيردار نشان مي‌دهد عوامل شدت عيب، مكان تكيه‌گاه و فاصله آسيبِ تا محل تكيه‌گاه بر معيار آسيب ناشي از خوردگي موثر مي‌باشند. بررسي نتايج، بيانگر وجود رابطه بين مكان تكيه‌گاه و محل عيب با معيار آسيب مي‌باشد. همچنين مشاهده مي‌شود كه مقدار معيار آسيب به‌كار رفته بصورت جذر ميانگين مجموع مربعات شكل امپدانس با شدت خوردگي رابطه‌اي مستقيم دارد.

Structural health monitoring based on electromechanical impedance is one of the methods for real-time monitoring and detection of structural damage using the coupling properties of piezoelectric materials. When a structure is exposed to corrosion, an electrochemical process is initiated and defects occur over the surface of the structure. In corrosion-prone structures, although a slight decrease in the mass is produced, it results in a significant decrease in its mechanical strength, integrity and fatigue life span. Therefore, the precise monitoring of structural health is important for detecting corrosion-induced surface defects and predicting the effect of corrosion on the mechanical properties and integrity of a structure. In this paper, the electromechanical impedance method is used to investigate the corrosion defect in the health monitoring of a cantilever beam and to identify and determine the factors affecting the damage index of corrosion. Experiments carried out to measure the impedance spectra on an aluminum beam, and a controlled acid corrosion has been imposed on the beam. The scalar damage index was used to quantify the defect. Empirical results obtained from experiments on cantilever beam show that factors like damage intensity, support positions and damage distance to the support location are effective on damage index caused by corrosion. The results show that there is a relationship between the support location and the damage location with the damage index. Also, it is observed that applied damage index as root-mean-square deviation of impedance has a direct relationship with the intensity of corrosion damage.