Monitoring Steel Bolted Joints during a Monotonic Tensile Test Using Linear and Nonlinear Lamb Wave Methods: A Feasibility Study - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Monitoring Steel Bolted Joints during a Monotonic Tensile Test Using Linear and Nonlinear Lamb Wave Methods: A Feasibility Study

Abstrakt

The structural integrity of steel bolted joints may be compromised due to excessive loading. Therefore, condition assessment and the detection of potential defects before they cause a failure have become a major issue. The paper is focused on the condition monitoring of a bolted lap joint subjected to progressive degradation in a tensile test. The inspection used Lamb waves propagated through the overlap area. Wave propagation signals were registered automatically by means of piezoelectric transducers. Two damage indices were defined based on linear and nonlinear features of Lamb waves. The use of a network of piezoelectric transducers and the analysis of multiple signals instead of single ones was proved to effectively monitor the state of the bolted joint. The obtained results showed that the method enabled to detect selected stages of the degradation process and to characterize the reduction of the contact area between the plates in the overlap area.

Cytowania

  • 1 1

    CrossRef

  • 0

    Web of Science

  • 1 2

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 26 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
Metals nr 8, wydanie 9, strony 1 - 14,
ISSN: 2075-4701
Język:
angielski
Rok wydania:
2018
Opis bibliograficzny:
Rucka M.: Monitoring Steel Bolted Joints during a Monotonic Tensile Test Using Linear and Nonlinear Lamb Wave Methods: A Feasibility Study// Metals. -Vol. 8, iss. 9 (2018), s.1-14
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/met8090683
Bibliografia: test
  1. Jiang, Y.Y.; Zhang, M.; Lee, C.H. A Study of Early Stage Self-Loosening of Bolted Joints. J. Mech. Des. 2003, 125, 518-526. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  2. Álvarez, J.A.; Lacalle, R.; Arroyo, B.; Cicero, S.; Gutiérrez-Solana, F. Failure Analysis of High Strength Galvanized Bolts Used in Steel Towers. Metals 2016, 6, 163. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  3. Hoang, T.D.; Herbelot, C.; Imad, A. On failure mode analysis in a bolted single lap joint under tension-shearing. Eng. Fail. Anal. 2012, 24, 9-25. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  4. Heimbs, S.; Schmeer, S.; Blaurock, J.; Steeger, S. Static and dynamic failure behaviour of bolted joints in carbon fibre composites. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 2013, 47, 91-101. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  5. Wang, Y.B.; Lyu, Y.F.; Li, G.Q.; Liew, J.Y.R. Behavior of single bolt bearing on high strength steel plate. J. Constr. Steel Res. 2017, 137, 19-30. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  6. Park, J.H.; Huynh, T.C.; Choi, S.H.; Kim, J.T. Vision-based technique for bolt-loosening detection in wind turbine tower. Wind Struct. 2015, 21, 709-726. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  7. Cha, Y.J.; You, K.; Choi, W. Vision-based detection of loosened bolts using the Hough transform and support vector machines. Autom. Constr. 2016, 71, 181-188. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  8. Kong, X.; Li, J. Image registration-based bolt loosening detection of steel joints. Sensors 2018, 18, 1000. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  9. Park, G.; Sohn, H.; Farrar, C.R.; Inman, D.J. Overview of Piezoelectric Impedance-Based Health Monitoring and Path Forward. Shock Vib. Dig. 2003, 35, 451-463. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  10. Park, S.; Shin, H.H.; Yun, C.B. Wireless impedance sensor nodes for functions of structural damage identification and sensor self-diagnosis. Smart Mater. Struct. 2009, 18, 055001. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  11. Perera, R.; Pérez, A.; García-Diéguez, M.; Zapico-Valle, J.L. Active Wireless System for Structural Health Monitoring Applications. Sensors 2017, 17, 2880. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  12. Zadoks, R.I.; Yu, X. An investigation of the self-loosening behavior of bolts under transverse vibration. J. Sound Vib. 1997, 208, 189-209. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  13. Huda, F.; Kajiwara, I.; Hosoya, N.; Kawamura, S. Bolt loosening analysis and diagnosis by non-contact laser excitation vibration tests. Mech. Syst. Signal Process. 2013, 40, 589-604. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  14. Yang, J.; Chang, F.K. Detection of bolt loosening in C-C composite thermal protection panels: I. Diagnostic principle. Smart Mater. Struct. 2006, 15, 581-590. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  15. Yang, J.; Chang, F.K. Detection of bolt loosening in C-C composite thermal protection panels: II. Experimental verification. Smart Mater. Struct. 2006, 15, 591-599. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  16. Park, S.; Yun, C.B.; Roh, Y.; Lee, J.J. PZT-based active damage detection techniques for steel bridge components. Smart Mater. Struct. 2006, 15, 957-966. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  17. Amerini, F.; Meo, M. Structural health monitoring of bolted joints using linear and nonlinear acoustic/ultrasound methods. Struct. Heal. Monit. 2011, 10, 659-672. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  18. Wang, T.; Song, G.; Wang, Z.; Li, Y. Proof-of-concept study of monitoring bolt connection status using a piezoelectric based active sensing method. Smart Mater. Struct. 2013, 22, 087001. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  19. Parvasi, S.M.; Ho, S.C.M.; Kong, Q.; Mousavi, R.; Song, G. Real time bolt preload monitoring using piezoceramic transducers and time reversal technique-A numerical study with experimental verification. Smart Mater. Struct. 2016, 25, 085015. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  20. Kędra, R.; Rucka, M. Damage detection in a bolted lap joint using guided waves. Procedia Eng. 2017, 199, 2114-2119. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  21. An, Y.K.; Sohn, H. Integrated impedance and guided wave based damage detection. Mech. Syst. Signal Process. 2012, 28, 50-62. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  22. Sevillano, E.; Sun, R.; Perera, R. Damage detection based on power dissipation measured with PZT sensors through the combination of electro-mechanical impedances and guided waves. Sensors 2016, 16, 639. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  23. Moradi-Marani, F.; Rivard, P.; Lamarche, C.P.; Kodjo, S.A. Evaluating the damage in reinforced concrete slabs under bending test with the energy of ultrasonic waves. Constr. Build. Mater. 2014, 73, 663-673. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  24. Shui, G.; Wang, Y.S.; Huang, P.; Qu, J. Nonlinear ultrasonic evaluation of the fatigue damage of adhesive joints. NDT E Int. 2015, 70, 9-15. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  25. Omondi, B.; Aggelis, D.G.; Sol, H.; Sitters, C. Improved crack monitoring in structural concrete by combined acoustic emission and digital image correlation techniques. Struct. Heal. Monit. 2016, 15, 359-378. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  26. Rucka, M. Failure Monitoring and Condition Assessment of Steel-Concrete Adhesive Connection Using Ultrasonic Waves. Appl. Sci. 2018, 8, 320. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  27. Cho, H.; Lissenden, C.J. Structural health monitoring of fatigue crack growth in plate structures with ultrasonic guided waves. Struct. Heal. Monit. 2012, 11, 393-404. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  28. Yang, B.; Xuan, F.Z.; Xiang, Y.; Li, D.; Zhu, W.; Tang, X.; Xu, J.; Yang, K.; Luo, C. Lamb Wave-Based Structural Health Monitoring on Composite Bolted Joints under Tensile Load. Materials 2017, 10, 652. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  29. Giurgiutiu, V. Structural Health Monitoring with Piezoelectric Wafer Active Sensors; otwiera się w nowej karcie
  30. Wang, D.; Song, H.; Zhu, H. Numerical and experimental studies on damage detection of a concrete beam based on PZT admittances and correlation coefficient. Constr. Build. Mater. 2013, 49, 564-574. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  31. Hu, X.; Zhu, H.; Wang, D. A study of concrete slab damage detection based on the electromechanical impedance method. Sensors 2014, 14, 19897-19909. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  32. Gu, H.; Moslehy, Y.; Sanders, D.; Song, G.; Mo, Y.L. Multi-functional smart aggregate-based structural health monitoring of circular reinforced concrete columns subjected to seismic excitations. Smart Mater. Struct. 2010, 19, 065026. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  33. Karayannis, C.G.; Voutetaki, M.E.; Chalioris, C.E.; Providakis, C.P.; Angeli, G.M. Detection of flexural damage stages for RC beams using Piezoelectric sensors (PZT). Smart Struct. Syst. 2015, 15, 997-1018. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  34. Chalioris, C.E.; Karayannis, C.G.; Angeli, G.M.; Papadopoulos, N.A.; Favvata, M.J.; Providakis, C.P. Applications of smart piezoelectric materials in a wireless admittance monitoring system (WiAMS) to Structures-Tests in RC elements. Case Stud. Constr. Mater. 2016, 5, 1-18. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  35. Karayannis, C.G.; Chalioris, C.E.; Angeli, G.M.; Papadopoulos, N.A.; Favvata, M.J.; Providakis, C.P. Experimental damage evaluation of reinforced concrete steel bars using piezoelectric sensors. Constr. Build. Mater. 2016, 105, 227-244. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  36. Voutetaki, M.E.; Papadopoulos, N.A.; Angeli, G.M.; Providakis, C.P. Investigation of a new experimental method for damage assessment of RC beams failing in shear using piezoelectric transducers. Eng. Struct. 2016, 114, 226-240. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  37. Mallat, S. A Wavelet Tour of Signal Processing: The Sparse Way; otwiera się w nowej karcie
  38. Lilly, J.M.; Olhede, S.C. Higher-order properties of analytic wavelets. IEEE Trans. Signal Process. 2009, 57, 146-160. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  39. Misiti, M.; Misiti, Y.; Oppenheim, G.; Poggi, J.M. Wavelet Toolbox Reference, MATLAB; The MathWorks, Inc.: Natick, MA, USA, 2018; pp. 1-1312. otwiera się w nowej karcie
  40. Lu, C.; Ou, Y.; Ma, X.; Mills, J.E. Structural Analysis of Lattice Steel Transmission Towers: A Review. J. Steel Struct. Constr. 2016, 2, 1-11. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  41. Bickford, J.H. Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints (4th Edition)-Non-Gasketed Joints; CRC Press/Taylor & Francis Group: Boca Raton, FL, USA, 2008; pp. 1-515. ISBN 0-8493-8176-2. otwiera się w nowej karcie
  42. Kulak, G.L.; Fisher, J.W.; Struik, J.H.A. Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints; American Institute of Steel Construction, Inc.: Chicago, IL, USA, 1988; pp. 1-333. ISBN 0471837911.
  43. Pai, N.G.; Hess, D.P. Experimental study of loosening of threaded fasteners due to dynamic shear loads. J. Sound Vib. 2002, 253, 585-602. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  44. Liu, J.; Ouyang, H.; Feng, Z.; Cai, Z.; Liu, X.; Zhu, M. Study on self-loosening of bolted joints excited by dynamic axial load. Tribol. Int. 2017, 115, 432-451. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  45. Egle, D.M.; Bray, D.E. Measurement of acoustoelastic and third-order elastic constants for rail steel. J. Acoust. Soc. Am. 1976, 60, 741-744. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  46. Chaki, S.; Bourse, G. Stress level measurement in prestressed steel strands using acoustoelastic effect. Exp. Mech. 2009, 49, 673-681. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  47. Shui, G.; Wang, Y.S.; Gong, F. Evaluation of plastic damage for metallic materials under tensile load using nonlinear longitudinal waves. NDT E Int. 2013, 55, 1-8. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  48. Jhang, K.Y. Nonlinear Ultrasonic Techniques for Non-destructive Assessment of Micro Damage in Material: A Review. Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2009, 10, 123-135. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  49. Radecki, R.; Su, Z.; Cheng, L.; Packo, P.; Staszewski, W.J. Modelling nonlinearity of guided ultrasonic waves in fatigued materials using a nonlinear local interaction simulation approach and a spring model. Ultrasonics 2018, 84, 272-289. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
Źródła finansowania:
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 116 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi