Tesis:
Detección temprana de daño en elementos de material compuesto.
- Autor: LECUE YUSTE, Juan Manuel
- Título: Detección temprana de daño en elementos de material compuesto.
- Fecha: 2006
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AERONAUTICOS
- Departamentos: MOTOPROPULSION Y TERMOFLUIDODINAMICA
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: GÜEMES GORDO, Alfredo
- Director/a 2º: ZAPICO VALLE, José Luis
- Resumen: El problema a estudiar a lo largo de la Tesis es la detección de daño en elementos de material compuesto, mediante el análisis de las señales recibidas por una red de sensores piezoeléctricos dispuestos sobre la estructura analizada. La agilidad de los sensores piezoeléctricos junto con la eleva sensibilidad del método desarrollado, forman un buen equipo para alcanzar las aspiraciones iniciales de la Tesis: la implementación de una técnica no destructiva de monitorización, en tiempo real, de la salud estructural ("Structural Health Monitoring" o SHM) de elementos de material compuesto y la detección temprana ("Novelty Detection" o ND) de cualquier daño que se pueda producir en las estructuras estudiadas. Tras excitar el conjunto estructura-red de sensores se adquieren simultáneamente las señales que son captadas por cada sensor piezoeléctrico mediante una tarjeta de adquisición de datos y un software desarrollado a tal efecto. Posteriormente, las señales muestreadas son procesadas convenientemente, extrayendo las características propias que contienen la información del daño y se aplica la técnica de detección de daño que ha sido desarrollada. La Tesis que aquí se presenta pretende también aportar un pequeño grano de arena al desarrollo de las técnicas de mantenimiento predictivo, frente a las tradicionales técnicas de mantenimiento preventivo. El avance de las primeras frente a las segundas es, sin duda, uno de los avances pendientes de cara al segundo siglo de la aeronáutica. El ahorro que un sistema integral de mantenimiento predictivo puede representar en la cuenta de resultados de cualquier operador aéreo, pone de relieve la importancia de un rápido desarrollo de este tipo de mantenimiento. La técnica implementada se fundamenta en cinco aspectos fundamentales y complementarios entre sí: 1.- La versatilidad de los piezoeléctricos y el patrón regular de las señales que generan al ser excitados. 2.- La implementación de unos módulos protectores para los sensores piezoeléctricos que nos han permitido una mayor facilidad en el manejo de los mismos en condiciones reales de trabajo, y no tan solo en condiciones de laboratorio. 3.- La implementación de una herramienta ágil de muestreo y adquisición de las señales provenientes de los piezoeléctricos. 4.- Se ha conseguido una muy alta sensibilidad del sistema, siendo muy eficaz en la detección del daño, en el nivel 1 de la escala de Rytter, tanto al daño simulado como al daño real. 5.- Las características de las señales utilizadas a lo largo de todo el trabajo han puesto de evidencia la incapacidad de otros sistemas de detección de daño como las redes neuronales y métodos más clásicos, forzando el desarrollo de nuestro propio método de detección del daño, basado en las técnicas de control estadístico y en los modelos autorregresivos. El presente trabajo desarrolla un método basado en la comprensión del correcto funcionamiento de una estructura no dañada y de su comparación con una estructura dañada (tanto con daño real como con daño simulado). A pesar de que nos hemos centrado desde un principio en la detección del daño (nivel 1 de la escala de Rytter), hemos obtenido también buenos resultados en la cuantificación del mismo, y se ha implementado un método global de detección de daño sobre la superficie estudiada. Pero los métodos globales son por definición poco sensibles. Ha habido que luchar frente a este condicionante, inherente como decimos a un método global, mediante la consecución en primer lugar de una señal muy limpia, y en segundo lugar siendo capaces de eliminar de ella todo aquello que no se viera afectado por el daño, analizando tan sólo las características propias delatoras del daño. Se ha procurado en todo momento trabajar muy próximos a la realidad, reproduciendo las condiciones ambientales a los que están sometidos los ensayos reales, con especial atención a la temperatura ambiente. Incluso se han variado las condiciones de contorno, y se minimizaron los efectos de las variaciones de un ensayo a otro, causadas por efectos no controlados como la humedad relativa del ambiente. La gran ventaja del método desarrollado radica en la sencillez del planteamiento, y en la agilidad de la monitorización y del procesado de los datos obtenidos, siendo el primer sistema referido en la bibliografía que funciona completamente en tiempo real. Además, se ha pretendido desde el principio desarrollar un técnica de "campo", es decir que tuviera aplicación directa en condiciones de trabajo real (por ejemplo en un hangar)-y no exclusivamente en entorno de laboratorio-, potenciando siempre un enfoque práctico del método desarrollado