تشخيص ترك در تيرها به كمك تبديل هيلبرت - هوانگ

Crack detection in beams using Hilbert-Huang transform

در اين پژوهش يك روش يك روش غيرمخرب به منظور تشخيص ترك در تيرها ارائه شده است. در اين روش از تبديل هيلبرت- هوانگ به عنوان يك روش پردازش سيگنال استفاده ميشود. ترك كه به صورت باز در نظر شده است، توسط فنر چرخشي مدلسازي ميگردد. به منظور محاسبه فركانسهاي طبيعي تير تركدار، تئوري تيموشنكو بكار گرفته شده است. سپس با استفاده از سيگنالهاي ارتعاشي تير تركدار، فركانسهاي طبيعي تجربي به كمك تبديل فوريه سريع و تبديل هيلبرت-هوانگ محاسبه شدهاند. سرانجام با كمينه نمودن يك تابع هدف به كمك الگوريتم كلوني زنبور عسل مصنوعي، محل و عمق تركها تعيين ميگردند. تابع هدف به صورت مجموع وزني مربعات خطاي بين مقادير عددي و تجربي فركانسهاي طبيعي تير تركدار است. به منظور بررسي صحت روش ارائه شده، تركهايي در محل ها و عمق هاي گوناگون در تيرهاي فولادي ايجاد و پارامترهاي ترك با دقت مناسب تشخيص داده شدهاند. نتايج نشان ميدهد كه با استفاده از فركانس هاي تجربي حاصل از تبديل هيلبرت هوانگ ميتوان ترك (خصوصاً ترك در عمق كم) را با دقت بهتري نسبت به تبديل فوريه سريع شناسايي نمود.

This study presents a non-destructive method for detecting location and depth of crack in beams. The method utilizes Hilbert-Huang Transform (HHT) as a time-series analysis technique. Crack is considered to be open and has been modeled by rotational spring. First, the natural frequencies of the cracked beam are calculated using Timoshenko’s beam theory. Then by using the vibration signals corresponding to the beam, experimental natural frequencies are calculated by Fast Fourier Transform (FFT) and HHT. Finally, with the help of Artificial Bee Colony, the location and depth of the crack are predicted by minimization of an objective function. The objective function is constructed by the weighted sum of the squared errors between the theoretical and experimental natural frequencies of the cracked beams. To investigate the feasibility of proposed method, cracks in different locations and depths are introduced in steel beams and crack parameters are predicted. The results show that both the location and depth of the crack can be predicted well through the proposed method. Moreover, by using the experimental natural frequencies obtained by HHT method, cracks (especially small depth) can be detected with a better precision than FFT method.