Yapısal sağlık izlemede kullanılan piezoelektrik sensörlerin sıcaklık etkisinin incelenmesi
Temperature effect investigation of piezoelectric sensors used in structural health monitoring
Yazar: GÖKHAN HAYDARLAR
Danışman: DOÇ. DR. MESUT TEKKALMAZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Piezoelektrik sensörler yapılara eklenerek yapıda meydana gelen değişimi anlamamızı sağlarlar. Değişen çevresel koşullar piezoelektrik sensörün ve eklendiği yapının malzeme özelliklerinin değişmesine sebep olur. Çevresel etki ihmal edilirse, yapıda hata, kusur v.b. olmadığı halde varmış gibi yanlış yorumlamalara sebep olur. 

Bu tez kapsamında değişen çevresel koşullara maruz kalan yapılar düşünülerek AISI 1010 (50x20x10 mm ) ve AISI 1080 (30x30x3 mm) çeliğinin, Al 7075 (30x30x3 mm)'in ve serbest sensörün (10x10x0,5 mm) davranışı Elektromekanik Empedans Yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Bu numunelerin oda sıcaklığındaki empedans ölçümleri tamamlandıktan sonra 5°C aralıklarla -45°C ile -10°C arasındaki empedans ölçümleri gerçekleştirilmiştir ve oda sıcaklığındaki ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Sıcaklık azaldıkça frekansın sağa kaydığı ve genliğin de arttığı teyit edilmiştir.

Ayrıca ANSYS sonlu elemanlar programı kullanılarak deneysel çalışmada kullanılan numuneler ve sensörler üç boyutlu olarak birebir modellenmiştir. Sıcaklık etkisini dikkate alan eşitlik ve grafikler kullanılarak değişen sıcaklıklar için çözümler tekrarlanmıştır. Deneysel sonuçlarda olduğu gibi sıcaklık azaldıkça frekansın sağa kaydığı ve genliğin arttığı teyit edilmiştir.

Böylece, deneysel ve sayısal sonuçların birbirine yakın olduğu tespit edilmiştir. Hasar metrikleri kullanılarak sıcaklık etkisi telafi edilmiştir. Sonuç olarak yapıda kusur olmadığı, değişimin sadece sıcaklıktan kaynaklandığı belirlenmiştir.

Abstract:
Piezoelectric sensors are added to the structure to make sense of change in the structure. The changing environmental conditions cause the piezoelectric sensor and the added structure to change material properties. If the environmental impact is neglected, detoration in construction will cause misinterpretations as if there were faults. 

In this thesis, the behaviors of AISI 1010 (50x20x10 mm) and AISI 1080 (30x30x3 mm) steel, Al 7075 (30x30x3 mm) and free sensor (10x10x0,5 mm) were investigated by using Electromechanical Impedance Method considering the structures subjected to changing environmental conditions. Impedance measurements between -45°C and -10°C at 5°C intervals were performed after the impedance measurements at room temperature of these samples were completed and compared with measurements at room temperature. It was confirmed that as the temperature decreases, the frequency shifts to the right and the amplitude increases.

The samples and sensors used in the experimental study using the ANSYS finite element program were three-dimensionally modeled. The solutions were repeated for varying temperatures using equations and graphs taking into account the temperature effect. It was confirmed that when the temperature decreases, the frequency shifts to the right and the amplitude increases as in the experimental results.

Thus, the experimental and numerical results obtained were found to be close to each other. The temperature effect was compensated using damage metrics. As a result, it was determined that there were no defect in the structure, and that the change was caused only by the temperature effect.