Damage detection using nonlinear vibrations

In the current work a central question has been posed: are nonlinear vibrational methods suitable for a damage detection routine in a real assembled structure? To answer this question, the panel studied in a previous PHD work at the “Politecnico di Milano” has been considered. In it, three different scenarios of damages represented by the absence of connections between a portion of a stiffener and the base plate have been studied. The work has aimed at finding suitable nonlinear phenomena for the damage detection and designing routines able to detect and localize the contact-type damages. Also, the experimental activity has had the purpose to validate the numerical simulations. In the first part, simulations using full models in MSC Nastran and reduced models in Matlab have been run, as to investigate around suitable nonlinear evidences. Their results have been used in order to design a following experimental activity, executed on the real panel. The phenomena studied in the experimental tests are represented by the presence of the super-harmonics and by the nonlinear behaviour of the lower frequency of vibration, computed using the Continuous Wavelet Transform on the acceleration stories from decay tests. The activity has shown how the nonlinear methods studied are effective for the real case through the use of a damage detection routine based on the comparisons between accelerations data measured in different structural points. The procedures validated have been able to detect and localize the contact-type damages. Finally, the way of modelling contacts in the numerical simulations through the bilinear stiffness values has resulted helpful for the exploration of the main phenomena of interest in order to design the experimental activity, but not accurate enough for exact predictions of the measured responses.

In questo lavoro una domanda principale è stata posta: i metodi di vibrazione nonlineare sono adeguati per una routine di Damage Detection nel caso di una struttura reale assemblata? Per rispondere a questa domanda, il pannello utilizzato in un precedente lavoro di dottorato al Politecnico di Milano è stato considerato. In esso, tre scenari diversi di danneggiamento rappresentati dall’assenza di collegamento tra una parte di un corrente e la piastra sono stati studiati. Il lavoro è stato sviluppato con l’obiettivo di trovare fenomeni nonlineari utilizzabili per la damage detection e con quello di progettare pratiche in grado di rilevare e localizzare i danni. L’attività sperimentale ha anche avuto lo scopo di validare le simulazioni numeriche. Nella prima parte, simulazioni con modelli completi in Nastran e ridotti in Matlab sono state lanciate per ricercare possibili evidenze nonlineari. I loro risultati sono stati usati al fine di progettare una successiva attività sperimentale, eseguita sul pannello reale. I fenomeni studiati nel caso sperimentale sono rappresentati dalla presenza delle super-armoniche e dal comportamento nonlineare della frequenza di vibrazione più bassa, valutato attraverso l’uso della trasformata Wavelet continua sulle misure accelerometriche dei test di decay. L’attività ha mostrato come i metodi nonlineari studiati risultano efficaci per il caso applicativo, attraverso l’utilizzo di una routine di damage detection basata sul confronto tra misure accelerometriche di diversi punti strutturali. Le procedure validate sono state in grado di determinare e localizzare i danni da contatto. In fine, la modellazione numerica dei danneggiamenti attraverso l’uso delle rigidezze bilineari è risultata utile per l’esplorazione dei fenomeni di interesse principali ai fini del progetto dell’attività sperimentale, ma non abbastanza accurata per ottenere previsioni esatte delle risposte misurate.