Группа математиков из Университета Кларксона и инженера-строителя разработали пассивный и неинвазивный подход к «прослушиванию» набора соответствующих сигналов от мостов и других механических конструкций для диагностики изменений или повреждений.
Как сообщает группа в Chaos от AIP Publishing, их подход включает установку датчиков акселерометра в различных местах вдоль моста, чтобы измерить, как каждая маленькая часть моста возмущается в ответ на движение грузовика.
«Сигналы от датчиков, расположенных рядом с грузовиком, имеют значение, но так же важны и сигналы издалека, потому что они реагируют, когда конструкция моста изгибается под нагрузкой, и вся конструкция колеблется, как гитарная струна, но, очевидно, более сложная», - сказал Эрик М. Боллт, профессор У. Джона Харрингтона на кафедре математики в Университете Кларксона, расположенном в Потсдаме, штат Нью-Йорк.
Ускорения служат «средством прослушивания сил и ускорений, проходящих через структуру», сказал Боллт. «Ожидается, что сигналы, проходящие через конструкцию, изменятся, если мост претерпит изменения, например, трещина внутри конструкции или если некоторые из болтов, удерживающих его вместе, будут преднамеренно ослаблены».
Центральным элементом группового анализа является метод обработки данных, называемый «оптимальное взаимное информационное взаимодействие», который был разработан для выявления существенных прямых взаимодействий между отдельными компонентами в системе.
«Наша методика берет идеи из теории информации и коммуникации и использует самые современные методы статистической оценки», - говорит Джи Сун, доцент кафедры математики Университета Кларксона. «Ключевая концепция заключается в поиске взаимодействий, которые наиболее важны для повышения предсказуемости колебаний моста. Если структура моста была изменена из-за повреждения или деформации, ожидается, что детали изменятся, что позволит нам определить состояние здоровья моста. мост."
Работа группы выделяется тем, что объединяет два уникальных аспекта обнаружения повреждений мостов или других механических конструкций.
«Одним из них является неинвазивный и автоматизированный характер процесса сбора данных», - сказал Сан. «Другой - это разработанный нами инструмент анализа данных, который может делать выводы о прямом информационном потоке и значительных взаимодействиях. Комбинируя их, мы можем обнаружить только по данным наличие структурных изменений внутри моста, которые контролировались и варьировались в нашем эксперименте.."
Попутно трое вовлеченных математиков обнаружили некоторые интересные структурные дефекты, обнаруженные в результате анализа данных о значимых взаимодействиях, которые долгое время озадачивали их, потому что это просто не имело смысла.
«Наш анализ показал наличие «границы» в середине покрытой области, где нет видимых структурных дефектов или узоров», - сказал Сан. «После долгих дискуссий с нашим коллегой-строителем Керопом Джанояном, профессором гражданского строительства в Университете Кларксона, мы, наконец, поняли, что все это время были сбиты с толку, потому что закрытая область - это не весь мост в эксперименте, а скорее одна треть, а «граница», которую мы обнаружили, находится именно там, где есть структурная граница, под которой находится какая-то поддерживающая структура».
Мосты встречаются повсеместно, поэтому важно уметь обнаруживать структурные повреждения как можно раньше, чтобы избежать катастрофических последствий. Но обнаружение структурных повреждений, которое часто выполняется вручную, может быть дорогостоящим и во многих случаях неэффективным.
Поскольку работа группы сочетает в себе современные технологии зондирования с самыми современными инструментами анализа данных для автоматизации этого процесса, «его можно использовать для раннего обнаружения структурных изменений и повреждений до того, как потребуется проверка человеком». - сказал Боллт.
Этот подход можно использовать вместе с недорогим измерительным оборудованием для любых конструкций - от мостов до ветряных турбин, от зданий до самолетов.
«Акселерометры становятся настолько дешевыми, что мы находим их даже в мобильных телефонах, так что это станет лавиной данных, выступая в роли союза современной аналитики больших данных с мониторингом состояния структур», - сказал Боллт.
Сейчас группа работает над тем, чтобы сделать свой подход пригодным для развертывания.
С более теоретической точки зрения, мы создаем базу данных моделей мостов, которые можно легко моделировать и тестировать с помощью компьютеров для калибровки параметров метода, а также мы разрабатываем улучшенные статистические оценки для получения более точных результатов. результаты быстрее», - сказал Болт с согласия Sun.«Что касается экспериментов, мы сотрудничаем с лабораториями для проверки наших методов на других конструкциях, включая крылья самолетов, в различных условиях».