Tabakalı kompozit kirişlerde titreşim verileri yardımıyla optimizasyon tabanlı hasar tespiti
Optimisation-based damage assessment of laminated composite beams using vibration data
Yazar: SEBAHAT ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. VOLKAN KAHYA
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Tabakalı kompozit kirişlerin yapısal taşıyıcı elemanlar olarak mühendislik uygulamalarının giderek artması, bu tür malzemelerin karmaşık hasar mekanizmalarını anlamayı ve zamanında hasar tespiti için güvenilir ve uygulanması kolay yöntemlerin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. Bu bağlamda, titreşim verilerine dayalı hasar tespit yöntemlerinin güçlü hesaplama algoritmalarıyla birlikte bu tür malzemelerde kullanılması uygulama kolaylığı sebebiyle son derece iyi bir seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır. Konuya yönelik araştırmaların yakın zamanda hız kazandığı; endüstriyel ve bilimsel alanda ilgi çektiği görülmektedir. Bununla beraber, titreşim verilerine dayalı hasar tespitinde optimizasyon yöntemlerinin kompozitlerdeki uygulamalarının sayısı hala sınırlıdır.
	Tez kapsamında, optimizasyona dayalı sonlu eleman model güncelleme ile tabakalı kompozit kirişlerde hasar tespit probleminin çözümü için bir yöntem önerilmektedir. Sayısal modelleme için Poisson etkisinin yanı sıra uzama-eğilme, eğilme-burulma ve uzama-burulma etkileşimlerini hesaba katabilen 13 serbestlik dereceli kiriş sonlu eleman modeli geliştirilmiştir. Hasar, modelde rijitlik kaybı olarak tanımlanmıştır. Çözümde titreşim karakteristiklerine dayalı üç farklı amaç fonksiyonu kullanılmıştır. Çeşitli hasar senaryoları için farklı sınır koşulları ve tabaka dizilimlerine sahip kompozit kirişlerde yöntemin sayısal ve deneysel doğrulaması yapılmış ve etkinliği irdelenmiştir.

Abstract:
The increasing application of laminated composite beams as structural load-bearing elements necessitates the understanding of the complex damage mechanisms of such materials and the development of reliable and easy-to-apply methods for timely damage detection. The use of damage detection methods based on vibration data together with robust computational algorithms in such materials appears to be a very good option due to its ease of application. Recent research in this field has accelerated and garnered significant industrial and scientific interest worldwide. However, the practical application of optimization methods in vibration-based damage detection for composites remains limited.
	This thesis proposes an effective method for solving the damage detection problem in laminated composite beams through optimization-based finite element model updating. A finite element model with thirteen degrees of freedom was developed for numerical modelling, capable of accounting for the Poisson effect as well as extension-bending, bending-torsion, and extension-torsion couplings. Damage was defined as a reduction in stiffness in the model. Three different objective functions based on vibration characteristics were used in the solution. The numerical and experimental validation of the method was conducted on composite beams with various damage scenarios, different boundary conditions, and layer configurations, and its effectiveness was evaluated.