تشخيص تجربي و عددي شل‌شدگي اتصالات پيچي فلنجي به كمك روش مدولاسيون ويبروآكوستيك

Experimental and Numerical Looseness Detection and Assessment in Flanged Joints Using Vibro-Acoustic Modulation Method

پيچ‌ها اتصالاتي موقتي و پركاربرد هستند كه اگرچه به واسطه ويژگي‌هاي مثبت فراوان، در اغلب سازه‌هاي صنعتي مورد استفاده قرار مي‌گيرند؛ اما به واسطه ماهيت عملكردي‌شان همواره در معرض خرابي و متعاقباً، آسيب‌رساني به سازه يا تجهيز مي‌باشند. از علل رايج خرابي سازه‌هاي صنعتي داراي اتصالات پيچي، شل‌شدگي پيچ‌ها مي‌باشد كه تشخيص به‌موقع آن مي‌تواند سبب پيشگيري از تحميل هزينه‌هاي سنگين مالي و بعضاً جاني گردد. روش‌هاي مرسوم تشخيص اين عيب، معايب مختلفي دارند، به عنوان مثال روش‌هاي كنترل گشتاور اغلب داراي خطاي بالا بوده، روش‌هاي مبتني بر اندازه‌گيري امپدانس هزينه‌هايي بالا به همراه داشته و روش‌هاي ارتعاشي يا اولتراسونيك نيز به واسطه استفاده از پديده‌هايي خطي در تشخيص خرابي، از دقت بالايي برخوردار نمي‌باشند. روش مدولاسيون ويبروآكوستيك يكي از روش‌هايي است كه به كمك اندازه‌گيري شدت مدولاسيون سيگنال‌هاي ارتعاشي و اولتراسونيك اعمال‌شده به سازه، مي‌تواند با دقت بسيار بالايي به تشخيص و ارزيابي شل‌شدگي اتصالات پيچي بپردازد. در اين مقاله، با ساخت نمونه‌ي آزمايشگاهي يك پايه برج يك توربين بادي، كارايي روش در تحليلي تجربي و عددي مورد بررسي قرار گرفته است و نشان داده شده است كه اين روش قادر به تشخيص وجود شل‌شدگي با دقتي 12/5 درصدي مي‌باشد. علاوه بر اين، تأثير پارامترهايي همچون؛ فركانس تحريك اولتراسونيك و ارتعاشي، محل قرارگيري حسگر و عملگر، شدت گشتاور اعمال‌شده به پيچ‌ها، تأثير افزايش بيش از حد گشتاور بررسي‌شده و دقت روش در سازه‌ي مدنظر تخمين زده شده است.

Flanged joints’ looseness is among the common causes for the failure of industrial structures with flanged joints the timely detection of which can prevent the imposition of heavy financial losses and in some cases injuries. There are conventional methods for detecting this fault and each of them has its drawbacks. For instance, torque control methods have a high error of measurement, impedance-based measurement methods; have high expenses, and vibration or ultrasonic methods lack accuracy due to the use of linear phenomena in fault detection. Vibro-Acoustic modulation method is one of the nonlinear fault detection methods that can detect and assess looseness of flanged joints with high precision through the measurement of the intensity of the vibrational and ultrasonic signals modulation applied to the structure. This paper was an attempt to investigate the efficiency of the Vibro-Acoustic modulation method in the detection and evaluation of flanged joints numerically and experimentally. For this, a laboratory sample composed of two pipes connected with flanged joints is employed. It is revealed that this method can detect bolt looseness with 12.5% precision. Besides, the effect of parameters such as ultrasonic and vibrational frequency, the amplitude of applied torque, sensors and actuators position, as well as excessive increase of torque have been examined and the method precision in the studied structure has been estimated.