فصل چهارم
حسگرهای تغییرشکل فیبرنوری: تفسیر و اندازه‌گیری
حسگرهای تغییرشکل فیبرنوری, تفسیر و اندازه‌گیری
مولفه‌های کرنش و تکامل زمانی کرنش
مفاهیم پایه ای
تنش و کرنش از مهمترین پارامترهای مکانیکی هستند که شرایط سازه‌ای را بخوبی منعکس می‌کنند. کرنش یکی از پارامترهای تکراری مانیتورینگ بوده و مانیتورینگ کرنش هدف اصلی این فصل می‌باشد [۵]. مانیتورینگ کرنش هدف اصلی این بخش است. در این فصل در ابتدا منابع اصلی تولید کرنش برای دو نوع سازه بتنی و کامپوزیتی شناسایی شده و مدل ریاضی آنها ارائه می‌شود. در ادامه با ارائه چند آزمایش برای مواد همگن و ناهمگن معیار تعیین طول گیج حسگرهای فیبرنوری بر اساس نوع ماده سازنده و استراتژی مانیتورینگ بدست می‌آید. در نهایت با بهره‌گیری از معادلات حس کرنش حسگرهای فیبرنوری چگونگی تفسیر آنها ارائه شده و با بدست آوردن مدل خطاهای اندازه‌گیری مدل ریاضی حس کرنش توسعه می‌یابد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
دو نقطه نزدیک به هم را که متعلق به اجزای سازه‌ای می‌باشد را در نظر بگیرید. مختصات کارتزین نقاط در سیستم مختصات محلی می‌باشند. فرض کنید که طول پاره خطAB و n خط تعریف بین نقاط A وB می‌باشند(شکل(۴-۱)). اگر اجزای سازه‌ای در معرض تغییرشکل باشند، به ترتیب نقاطA وB به و منتقل شده و طول پاره خط بین آنها به اندازه تغییر پیدا می‌کند(افزایش و یا کاهش طول).
مقدار کرنش میانگین در مجاورت نقطهA و محورn می‌باشد، همچنین در امتداد خط می‌باشد.
شکل ۴‑۱:مفهوم کرنش متوسط در جسم تغییرشکل یافته.[۵]
فرض کنید کهm وn دو محور عمود بر هم و در یک صفحه باشند. مختصات نقطهA برابر و نقاط نقاطی در مجاورت نقطه بوده و متعلق به خط‌های می‌باشند. اگر عناصر سازه‌ای در معرض تغییرشکل باشند، نقاط به ترتیب به نقاط انتقال پیدا کرده و زاویه به زاویه که در شکل(۴-۲) ارائه شده است، تغییر پیدا می‌کنند.
کرنش برشی متوسط در مجاورت نقطه Aنسبت به محورهایm و n می‌باشد.
شکل ۴‑۲: مفهوم کرنش برشی متوسط در شکل تغییرشکل یافته.[۵]
فرض کنید رابطه در راستای خط و در راستای خط برقرار باشد.
اگر زاویه کاهش یابد, کرنش برشی مثبت و اگر زاویه افزایش یابد، کرنش برشی منفی می‌باشد.
کرنش‌ها معمولا بوسیله بارگذاری(کرنش‌های سازه‌ای) و اثرات ریولوجیک[۱۴۰]و درجه‌حرارت و.. تولید می‌شوند. البته منابع دیگری نظیر کرنش باقیمانده در مواد، کرنش درونی[۱۴۱] و کرنش پلاستیک در بتن‌های تازه و … نیز وجود دارند.
کرنش سازه‌ای بوسیله بارگذاری تولید شده و می‌تواند الاستیک(برگشت پذیر)[۱۴۲] یا پلاستیک(برگشت‌ناپذیر)[۱۴۳] باشد. مقدار و نوع کرنش‌های سازه‌ای به سطوح بارگذاری و خواص مکانیکی مواد سازنده نظیر مدول یانگE، ضریب پواسون و کرنش تسلیم ، بستگی دارد.
حتی اگر هیچ گونه تغییری در بارگذاری وجود نداشته باشد، کرنش ریولوجیک تغییرات ابعادی مواد سازنده را نسبت به زمان نشان میدهد[۵]. کرنش‌های ریولوجیکی متداول شامل کرنش خزشی و انقباض حجمی(چروکیدگی)[۱۴۴] می‌باشند. خزش و انقباض حجمی در سازه‌های هایپراستاتیک[۱۴۵] سبب توزیع مجدد بارگذاری شده و در کرنش‌های حرارتی نیز سبب تولید تنش می‌شوند.
کرنش حرارتی و سازه‌ای در همه مواد متداول نظیر بتن، فولاد، الوار چوب و کامپوزیت‌ها ایجاد می‌شوند. معمولا فقط کرنش الاستیک در شرایط کاری نرمال رخ میدهد. اثرات ریولوجیک ناشی از بتن زمانی که مقدار کرنش خزشی یا انقباض حجمی بیشتر از کرنش سازه‌ای باشند، اتفاق می افتند.[۶۹] از این اثرات در فولاد و مواد کامپوزیتی می‌توان صرفنظر کرد. منابع کرنش بر اساس مواد سازنده در جدول(۴-۱) ارائه شده است[۲۷,۴۹]. مولفه‌های کرنش معمولا در یک زمان رخ داده و کرنش کل با مجموع این مولفه‌ها برابر است.
جدول ۴‑۱: منابع مهم کرنش بر اساس مواد سازنده متفاوت.[۲۷]
| چوب | کامپوزیت | فولاد | بتن | مولفه کرنش | منابع تولید کرنش |
| بله | بله | بله | بله | کرنش الاستیک | بارگذاری (کرنش سازه‌ای) |
| بله | نه-ب | بله | بله | کرنش پلاستیک | |
| بله | بله |
