Formulation of spectral truss element for guided waves damage detection in spatial steel trusses

• Autorzy: Chróścielewski J. , Rucka M. , Wilde K. , Witkowski W.

Warianty tytułu

PL

Sformułowanie wielowęzłowego kratowego elementu spektralnego do wykrywania uszkodzeń w strukturach przestrzennych za pomocą fal sprężystych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study presents a spectral finite element and time integration scheme for wave propagation in spatial truss structures of arbitrary geometry. The current approach does not limit the number of nodes per element. The numerical simulations have been performed for an ideal truss as well as for the truss with singularity points imposed by the additional mass. The accelerations time histories of elastic waves have been applied to find the locations of the additional masses. The detection of truss singularities based on the analysis of elastic waves is discussed.

PL

Przedstawiono sformułowanie wielowęzłowego elementu spektralnego oraz odpowiedniego schematu całkowania ukierunkowanego na problem propagacji fal w kratownicach przestrzennych o dowolnej geometrii. Zaproponowane podejście nie ogranicza liczby węzłów w elemencie kratowym. Porównawcze rozwiązania numeryczne przeprowadzono dla konstrukcji idealnej (w stanie nieuszkodzonym) oraz dla konstrukcji z miejscową nieregularnością w formie dodatkowej masy. Zadaniem odbieranych w punkcie pomiarowym sygnałów czasowych przyspieszeń fal sprężystych jest wykrycie i zlokalizowanie pozycji dodatkowej masy. W pracy przeprowadzono dyskusję nad możliwością detekcji uszkodzeń w konstrukcjach kratowych na podstawie analizy fal sprężystych.

Słowa kluczowe

EN

spectral element method; damage detection; spatial truss; elastic waves propagation; structural health monitoring

PL

element spektralny; wykrywanie uszkodzeń; kratownica przestrzenna; fala sprężysta

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 55, nr 1
• Strony: 43--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il.

Twórcy

autor

Chróścielewski J.

autor

Rucka M.

autor

Wilde K.

autor

Witkowski W.

• University of Technology, Department of Structural Mechanics and Bridge Structures, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk,

Bibliografia

• 1. M.J.S LOWE, D.N. ALLEYNE, P. CAWLEY, Defect detection in pipes using guided waves, Ultrasonics, 36, 147-154, 1998.
• 2. R. P. DALTON, P. CAWLEY, M. J. S. Lo, The potential of guided waves for monitoring large areas of metallic aircraft fuselage structures, Journal of Nondestructive Evaluation, 20, 29-16, 2001.
• 3. F. MOSER, L.J. JACOBS, J. Qu, Modeling elastic wave propagation in waveguides with the finite element method, NDT&E International, 32, 225-234, 1999.
• 4. L. GARVIČ, Computation of propagative waves in free rail using finite element technique, Journal of Sound and Vibration, 185, 531-543, 1995.
• 5. J.F. DOYLE, Wave propagation in structures: spectral analysis using fast discrete Fourier transforms, second ed. Springer-Verlag, New York 1997.
• 6. M. PALACZ, M. KRAWCZUK, Analysis of longitudinal wave propagation in a cracked rod by the spectral element method, Computers & Structures, 80, 1809-1816, 2002.
• 7. M. KRAWCZUK, M. PALACZ, W. OSTACHOWICZ, The dynamic analysis of a cracked Timoshenko beam by the spectral element method, Journal of Sound and Vibration, 264, 1139-1153, 2003.
• 8. M. KRAWCZUK, M. PALACZ, W. OSTACHOWICZ, Wave propagation in plate structures for crack detection, Finite Elements in Analysis and Design, 40, 991-1004, 2004.
• 9. S. GOPALAKRISHNAN, A. CHAKRABORTY, D. R. MAHAPATRA, Spectral finite element method: wave propagation, diagnostics and control in anisotropic and inhomogeneous structures, Springer-Verlag, London 2008.
• 10. T. PATERA, A spectral element method for fluid dynamics: laminar flow in a channel expansion, Journal of Computational Physics, 54, 468-488, 1984.
• 11. C. CANUTO, M. Y. HUSSAINI, A. QUARTERONI, T. A. ZANG, Spectral Methods in Fluid Dynamics, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 1998.
• 12. P. KUDELA, M. KRAWCZUK, W. OSTACHOWICZ, Wave propagation modelling in 1D structures using spectral finite elements, Journal of Sound and Vibration, 300, 88-100, 2007.
• 13. P. KUDELA, A. ŻAK, M. KRAWCZUK, W. OSTACHOWICZ, Modelling, of wave propagation modelling in composite plates using the time domain spectral element method, Journal of Sound and Vibration, 302, 728-745, 2007.
• 14. A. ŻAK, M. KRAWCZUK, W. OSTACHOWICZ, Propagation of in-plane wave in an isotropic panel with a crack, Finite Elements in Analysis and Design, 42, 929-941, 2006.
• 15. A. ŻAK, M. KRAWCZUK, W. OSTACHOWICZ, Propagation of elastic waves in Shell-like structures, Proceedings of the Fourth European Workshop on Structural Health Monitoring, 533-539, 2008.
• 16. http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange
• 17. W.H. PRESS, S.A. TEUKOLSKY, W.T. VETTERLING, B.P, FLANNERY, Numerical recipes in Fortran 90: the art of parallel scientific computing, Cambridge University Press 1999.
• 18. C. POZRIKIDIS, Introduction to Finite and Spectral Element Methods using MATLAB®, Chapman & Hall/CRC, 2005.
• 19. T.J.R. HUGHES, The finite element method: linear static and dynamie finite element analysis, Dover 2000.
• 20. N.N. NEWMARK, A method of computation for structural dynamics, Proc ASCE, J. Engng. Mech. Div., 85, (EM3),67-94, 1959.
• 21. M. GRECOA, F.A.R. GESUALDOA, W.S. VENTURINIB, H.B. CODAB, Nonlinear positional formulation for space truss analysis, Finite Elements in Analysis and Design, 42, 1079-1086, 2006.
• 22. http://gid.cimne.upc.es/