Monitoring fatigue crack propagation by geometrical localization of acoustic emission events

Safety and economic reasons guide the world of structures by increasing the reliability of novelties and preserving the old ones. Structural health assessment has attained huge relevance during the last decades and it is deeply developing by employing the latest innovative resources. This document entails a fatigue crack propagating in the web of a HEM beam, which compromises the integrity of the entire structure operating in a marine environment. Crack propagation monitoring is necessary to carefully understand when the beam will no longer be in safe conditions and a maintenance stop will be necessary. A fatigue crack growth test is set up to achieve artificial crack propagation and the beam under analysis is redesigned to fit the actuator joints. Knowing neither the loads the beam is subjected to, nor the speed of propagation, SHM is performed to monitor the position of the crack tip, exploiting the acoustic waves emitted during crack propagation, therefore adopting geometrical localization through the acoustic emissions method (AE). In chapter 4, the whole AE measurement chain is illustrated: from the positioning of sensors to the algorithm description. In particular, a brand-new code is disclosed, which processes raw data (pure recorded signal) to gain AE localization, thus data post-processing steps are deeply reviewed as they are the main topic of this study. To visually check the condition of the crack a non-destructive testing technique is adopted and exploited as a countercheck for AE localization.

La sicurezza e l’economicità guidano anche il mondo delle strutture, aumentando l’affidabilità dei nuovi edifici e preservando quelli vecchi. Negli ultimi decenni il monitoraggio strutturale sta acquisendo sempre più rilevanza, sviluppando e introducendo i più moderni ritrovati della scienza e della tecnica. Questo documento tratta cricche propaganti a fatica nel cuore di una trave HEM, compromettendo l’integrità dell’intera piattaforma marina. Il monitoraggio della propagazione della cricca è quindi necessario per comprendere quando la condizione di sicurezza non è più garantita ed è necessario un intervento di manutenzione. È stato installato un set-up per la propagazione artificiale a fatica della cricca, in cui il provino (concernente una porzione di trave HEM) è stato lavorato e assemblato con terze parti ad hoc in modo che potesse meglio adattarsi al sistema sperimentale. Non conoscendo né i carichi reali a cui la trave è sottoposta, né la velocità di propagazione della cricca, viene applicato il monitoraggio strutturale per conoscere la posizione della cricca sfruttando il fenomeno di emissione acustica legato alla plasticizzazione e frattura del materiale. Nel capitolo quattro viene illustrata tutta la catena di misura: dal posizionamento dei sensori alla descrizione dell’algoritmo. In particolare, viene approfondita la postelaborazione partendo dai dati grezzi (forme d’onda), essendo il fulcro dello studio ed elemento di innovazione. Per verificare la correttezza dei risultati di localizzazione per mezzo delle onde elastiche, viene sfruttato un metodo non distruttivo per la diagnostica strutturale che permette di controllare visivamente le coordinate del fronte della cricca.