Concepção de um índice para localização de trincas em eixos rotativos através da análise do SDI (Shape and Directivity Index)
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Data
2019-02-18
Autores
Oliveira, Lucas Rangel de
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A identificação de trincas ainda é um desafio na área de monitoramento da integridade estrutural em eixos rotativos. Embora muitas técnicas e modelos tenham sido desenvolvidos, encontrar uma técnica eficiente que possa localizar uma única ou múltiplas trincas ao longo do eixo, ainda é um grande desafio. Nesse trabalho, um novo índice para localização de trincas em eixos rotativos é apresentado. A equação do movimento do rotor com trinca utiliza a notação em coordenadas complexas a fim de separar as contribuições dos modos de precessão direta e retrógrada. O índice SDI (shape and directivity index) é calculado para o rotor, cujo modelo matemático considera a variação instantânea da rigidez do elemento finito devido à abertura e o fechamento gradual da trinca, conhecido como efeito breathing. Através da manipulação do SDI no modelo de cores HSV (hue, saturation and value), desenvolve-se uma escala métrica, visualizada em um mapa de cores, que possibilita localizar a anisotropia causada pela trinca ao longo do eixo. Profundidade e posição da trinca, presença de múltiplas trincas, entre outros fatores que afetam a assinatura da trinca em outros métodos de identificação são analisados. Bons resultados demonstram a eficiência e robustez do novo índice para diversos casos de operação do rotor. Essa métrica de dano acrescenta uma contribuição para os métodos de localização de trincas em sistemas rotativos.
Crack identification is still a challenge in the area of structural health monitoring dedicated to rotating shafts. Although many techniques and models have been developed, finding an efficient technique capable of locating a single or multiple cracks along the shaft is still a challenge. In this work, a new index for locating cracks in rotating shafts is proposed. The equation of motion of the cracked rotor uses notation in complex coordinates in order to separate the contributions of forward and backward precession modes. The SDI (shape and directivity index) is calculated for the cracked rotor, which mathematical model considers the instantaneous variation of the finite element stiffness due to the gradual opening and closing of the crack, known as the breathing effect. By manipulating the SDI in the HSV (hue, saturation and value) color model, a metric scale is developed to locate the anisotropy caused by cracks along the shaft, visualized on a color map. Depth and position of the crack, presence of multiple cracks, among other factors that affect the signature of the crack in other identification methods are analyzed. Good results demonstrate the efficiency and robustness of the new index for several rotor operation conditions. This damage metric contributes to crack localization methods in rotating systems.
Crack identification is still a challenge in the area of structural health monitoring dedicated to rotating shafts. Although many techniques and models have been developed, finding an efficient technique capable of locating a single or multiple cracks along the shaft is still a challenge. In this work, a new index for locating cracks in rotating shafts is proposed. The equation of motion of the cracked rotor uses notation in complex coordinates in order to separate the contributions of forward and backward precession modes. The SDI (shape and directivity index) is calculated for the cracked rotor, which mathematical model considers the instantaneous variation of the finite element stiffness due to the gradual opening and closing of the crack, known as the breathing effect. By manipulating the SDI in the HSV (hue, saturation and value) color model, a metric scale is developed to locate the anisotropy caused by cracks along the shaft, visualized on a color map. Depth and position of the crack, presence of multiple cracks, among other factors that affect the signature of the crack in other identification methods are analyzed. Good results demonstrate the efficiency and robustness of the new index for several rotor operation conditions. This damage metric contributes to crack localization methods in rotating systems.
Descrição
Palavras-chave
Dinâmica de rotores, Detecção de trincas, Análise modal complexa, Modos operacionais, Rotordynamics, Crack detection, Complex modal analysis, Operational modes