Detección de daño en estructuras aeronáuticas mediante sensores piezoeléctricos y de fibra óptica
- Autores: Antonio Fernández López
- Directores de la Tesis: Alfredo Güemes Gordo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pablo Rodriguez de Francisco (presid.), Jose Manuel Menendez Martin (secret.), José María Pintado Sanjuanbenito (voc.), Malte Frövel (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En esta tesis se han estudiado las técnicas de monitorización estructural orientadas a la detección de daño. Estas técnicas son multidisciplinar, ya que se requiere no solo conocer las características de la estructura, sino las técnicas para realizar la medida y técnicas de proceso de datos, por lo que se ha estructurado respecto a los dos temas más innovadores: los sensores, estudiando sus capacidades de medida, y las técnicas de proceso de datos.
Los sensores son una parte fundamental del proceso, en tanto la información que se obtiene de ellos ha de permitir la detección de la existencia de daño. Se han estudiado los dos sensores que se consideran más prometedores para esta tecnología: los sensores piezoeléctricos, que también puede hacer funciones de actuador, y los sensores de fibra óptica, concretamente las redes de Bragg y los sensores distribuidos. Así, los sensores piezoeléctricos, se han modelizado desde el punto de vista de la medida a deformaciones a alta velocidad, verificando experimentalmente algunas de ellas. Una de las técnicas más comunes en la bibliografía es la detección de ondas elásticas en sólidos con sensores y actuadores piezoeléctricos, técnica que también se ha modelizado y se ha comparado con los resultados experimentales.
Las redes de Bragg han sido ampliamente estudiadas desde el punto de vista de la deformación. En esta tesis se ha modelizado el efecto de los esfuerzos transversales a la fibra, partiendo de un modelo teórico del problema. También se ha desarrollado un equipo para la detección de ondas elásticas con redes de Bragg. La dificultad de este equipo radica en que normalmente no es posible detectar a alta velocidad (del orden de cientos de kilohertzios) con la sensibilidad necesaria (centésimas de microdeformación). Para su desarrollo se ha utilizado la experiencia adquirida en la universidad de Tokio durante una estancia realizada en el verano de 2007.
La medida distribuida es una de las técnicas más recientes y más prometedora. En esta tesis se ha profundizado en la teoría de adquisición de datos y en el fundamento de la medida, no desarrollados hasta ahora. También se han realizado pruebas de su capacidad como sensor bajo las condiciones normales de las técnicas de detección de daño.
Una vez que se determinó con precisión el comportamiento de los sensores empleados, se han utilizado diferentes técnicas aplicadas a dos casos prácticos: La detección de desencolados y la detección de delaminaciones. Aprovechando la sensibilidad a los esfuerzos transversales de las redes de Bragg se han introducido en uniones y se ha tratado de monitorizar el despegue de componentes de la estructura. Otra forma de medir despegues e componentes ha sido mediante la técnica de los esfuerzos diferenciales. Usando esta técnica, mediante una red de sensores es posible determinar cambios en el campo de deformaciones de la estructura, y determinar defectos incluso lejos del daño. Con las redes de Bragg también se han medido ondas de propagación en el sólido, aprovechando su menor tamaño y su mejor comportamiento en altas frecuencias. La medida distribuida, básicamente estática, se ha utilizado para la realización de redes sensoras de alta densidad, aprovechando también la sensibilidad de la fibra en las diferentes direcciones.
