Impedance-based structural health monitoring and statistical method for threshold-level determination applied to 2024-T3 aluminum panels under varying temperature

Abstract

The impedance-based structural health monitoring method has become a promising and attractive tool for damage identification and is considered a nondestructive evaluation technique. However, conventional impedance-based structural health monitoring studies have mainly focused on structural damage identification but not so much on statistical modeling approaches in order to determine a threshold for the decision making of the damage detection system. In this study, the impedance-based structural health monitoring technique is used in a damage detection problem considering temperature variation effects. For this aim, three aluminum 2024-T3 plates were instrumented with small lead zirconate titanate patches close to their borders, and damage was introduced in the central position of the plates, with temperature ranging from −10°C to 60°C. This article proposes a method to statistically determine a threshold for damage detection purposes using concepts of statistical process control, as well as confidence intervals and normality tests in order to obtain a diagnosis with a previously determined confidence level. Thus, this work presents a sensitivity evaluation of the impedance-based structural health monitoring technique as applied to aluminum plates under varying temperature. With the technique proposed, damage threshold levels are determined so that lead zirconate titanate patches placed approximately 280 mm from the damage inserted were able to detect saw cuts of approximately 7 mm long, with 95% confidence intervals inside the temperature range considered.

Técnicas avançadas de normalização de dados aplicadas ao método de monitoramento de integridade estrutural baseado em impedância eletromecânica

“…Então, apresenta-se uma avaliação da sensibilidade da técnica ISHM aplicada em placas de alumínio aeronáutico sob variação da temperatura. Com a técnica proposta, os limiares de discriminação de dano foram determinados de modo que pastilhas de PZT, distanciadas aproximadamente a 280 mm do dano inserido, foram capazes de determinar cortes de serra (sawcuts) de aproximadamente 7 mm de comprimento, com 95 % de confiabilidade, considerando a faixa de temperatura previamente mencionada (Rabelo et al, 2016).…”

“…Uma técnica de compensação é aplicada para minimizar as influências externas devidas a variações de temperatura ambiente, velocidade de rotação e condição de desbalanceamento. Embora o ISHM possa fornecer alta sensibilidade a danos incipientes, os sinais de impedância medidos podem se deslocar significativamente devido a mudanças de temperatura e carregamentos dinâmicos (Park et al, 1999;Grisso e Inman, 2009;Rabelo et al, 2016). Estas influências, caso não sejam compensadas, irão afetar os índices de dano finais, fornecendo uma indicação falsa acerca da condição atual da estrutura monitorada.…”

“…A técnica de normalização de dados é baseada em um método de otimização híbrida (conforme apresentado no capítulo 6) associada a uma métrica de dano (RMSD). Além disto, um modelo estatístico proposto por Rabelo et al (2016) foi utilizado para a determinação dos limiares de discriminação baseando-se em CEP. Os resultados experimentais mostram que foi possível detectar com sucesso um dano incipiente considerando os efeitos de variação de temperatura e condições operacionais estudadas neste trabalho.…”

“…230 kHz -270 kHz para todos os sensores. Cabe mencionar que a alta faixa de frequência selecionada permite a detecção de danos incipientes em uma região localizada (Rabelo et al, 2016). Real ( Este capítulo é dividido em duas partes.…”

Identificação de dano em estruturas utilizando uma metodologia que integra a técnica da impedância eletromecânica e ondas de Lamb

“…Vários testes podem ser realizados para analisar uma amostra quanto à normalidade (RABELO et al, 2016). Nesta tese, escolheu-se o teste de Jarque-Bera (JB) por ser estatisticamente rigoroso em comparação com os métodos gráficos.…”