تشخیص و ارزیابی عددی شل‌شدگی اتصالات پیچی برج توربین بادی به کمک روش مدولاسیون ویبروآکوستیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 مهندسی مکانیک و انرژی، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.

چکیده

یکی از علل رایج در خرابی سازه‌های صنعتی دارای اتصالات پیچی فلنجی، همچون برج‌های توربین بادی، شل‌شدگی پیچ‌ها می‌باشد که تشخیص به موقع 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 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 روش‌های غیرخطی تشخیص خرابی می‌باشد که به کمک اندازه‌گیری شدت مدولاسیون سیگنال‌های ارتعاشی و اولتراسونیک اعمال شده به سازه، می‌تواند با دقت بسیار بالایی به تشخیص و ارزیابی شل‌شدگی اتصالات پیچی بپردازد. اگرچه مقالات منتشر شده در سال‌های اخیر اغلب به تشخیص ترک، لایه‌لایه‌شدگی و یا خوردگی و پوسیدگی قطعات به کمک این روش پرداخته‌اند، در این مقاله با تعریف شاخصی برای شدت مدولاسیون و شل‌شدگی اتصال، کارایی روش مدولاسیون ویبروآکوستیک در تشخیص و ارزیابی شل‌شدگی اتصالات پیچی فلنجی برج توربین بادی شبیه‌سازی شده، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس در ادامه، تأثیر پارامترهایی همچون؛ فرکانس تحریک اولتراسونیک و ارتعاشی، دامنه تحریک اولتراسونیک و ارتعاشی، محل قرارگیری حسگرها و عملگرها و همچنین نیروی پیش‌بار، روی عملکرد روش مورد مطالعه قرار گرفته است. در انتها به منظور کاهش زمان اجرای شبیه‌سازی در نرم افزار آباکوس، مدل‌سازی شبکه‌ی عصبی به کمک نرم‌افزار متلب صورت گرفته و نتایج به دست آمده از آن با نتایج حل عددی مقایسه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Looseness Detection and Assessment of bolted Joints in Operational Wind Turbines Using Vibro-Acoustic Modulation Method

نویسندگان [English]

  • Seyed majid Yadavar nikravesh 1
  • Masoud Goudarzi 2
1 Energy and Mechanical Engineering Department, Shahid Behesht University, Tehran, Iran.
2 PhD Candidate, Department of Me-chanical Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Flanged joints’ looseness is among the common causes for the failure of industrial structures with flanged joints such as wind turbine or transmission line pipes the timely detection of which can prevent the imposition of heavy, financial losses and in some cases property damage. Conventional methods for detect-ing this fault, such as torque control methods, have high error of measurement, or impedance-based measurement methods, have high expenses, or vibration or ultrasonic methods which lack accuracy due to the use of linear phenomena in fault detec-tion. Vibro-Acoustic modulation method is one of the nonlinear fault detection methods that detect and evaluate looseness of flanged connection with high precision through the measurement of the intensity of the vibrational and ultrasonic signals modulation applied to the structure. Although the published papers in recent years have often identified the cracking, delamination, or corrosion and decay of parts using this method, in this paper the efficiency of the Vibro-Acoustic modulation method in the detection and evaluation of flanged joints of simulated wind turbine towers has been numerically investigated by defining an index for modulation intensity and bond relaxation. Then, the effect of parameters such as ultrasonic and vibrational frequency, amplitude of ultrasonic and vibrational stimulation, sensors and actuators position, as well as preload force, on the method performance have been studied. Finally, in order to reduce the simulation time in ABAQUS software, the modeling of the neural network was performed using MATLAB software and the obtained results were compared with numerical results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Looseness Detection
  • Bolted Joints
  • Flanged Joints
  • NDT
  • Vibro-Acoustic Modulation