Smart System to detect preload changes in bolted joints

This thesis contributes to the evolving field of Structural Health Monitoring (SHM) by focusing on the development and application of an affordable impedance analyzer for use in a smart washer system based on the Electro-Mechanical Impedance (EMI) method. While previous research within the project has successfully demonstrated the feasibility of using EMI signatures analyzed by machine learning algorithms to detect loosening in threaded joints, the high cost of conventional impedance analyzers poses a significant barrier to widespread adoption. Addressing this challenge, this work seeks to validate and calibrate a low-cost impedance analyzer that can provide a cost-effective solution for implementing EMI-based SHM system. The study begins by outlining the theoretical background of the EMI method and its application in SHM, particularly in monitoring the integrity of threaded joints. It then presents a comparative analysis between the performance of a traditional, high-cost impedance analyzer and the proposed affordable model, focusing on their accuracy, reliability, and sensitivity to changes in structural conditions. Through testing and a new developed calibration procedures, this research demonstrates the viability of the lower-cost analyzer in effectively capturing the EMI signatures necessary for bolted joints monitoring.

Questa tesi contribuisce al campo del Monitoraggio Strutturale (SHM, structural health monitoring) concentrandosi sullo sviluppo e l’applicazione di un analizzatore di impedenza economico per l’applicazione del Metodo dell’Impedenza Elettro-Meccanica (EMI) in un sistema di rondella sensorizzata. Mentre le ricerche precedenti all’interno del progetto hanno dimostrato con successo la fattibilità dell’uso delle firme EMI interpretate da Reti Neurali per rilevare l’allentamento delle giunzioni filettate, l’alto costo degli analizzatori di impedenza convenzionali rappresenta una barriera significativa all’adozione su larga scala. Affrontando questa sfida, questo lavoro ambisce a validare e calibrare un analizzatore di impedenza a basso costo che possa fornire una soluzione conveniente per l’implementazione di sistemi SHM basati su EMI. Lo studio inizia delineando il contesto teorico del metodo EMI e la sua applicazione nello SHM, in particolare nel monitoraggio dell’integrità delle giunzioni filettate. Presenta quindi un’analisi comparativa tra le prestazioni di un tradizionale analizzatore di impedenza ad alto costo e il modello proposto economico, concentrandosi sulla loro accuratezza, affidabilità e sensibilità ai cambiamenti delle condizioni strutturali. Attraverso numerosi test ed un nuovo processo di calibrazione, questa ricerca dimostra la capacità dell’analizzatore portabile nel catturare le firme EMI necessarie per effettuare valutazioni di salute delle strutture analizzate.