Advanced algorithms and tools for technological process monitoring and structural health monitoring
Author(s)
Mercuri, Alessandro
Date Issued
April 29, 2022
Type
Doctoral Thesis
Abstract
The need for effective monitoring systems represents one of the most interesting challenges for engineering. Structural Health Monitoring allows the tracking of the structure soundness under different operating conditions. Water impacts and Fluid Structure Interaction represent a challenge for several applications, due to the co-existence of impulsive loads, large local deformations and high amplitude vibrations. A structural behaviour reconstruction methodology is purposed, based on the modal decomposition and local strain data, and evaluated both experimentally and numerically under different conditions. A methodology is proposed for the reconstruction of loads acting on a fast boat, based on numerical strain field data from simulations on the ship Finite Element (FE) model and real-time strain data, used as input for a fast-computational algorithm to detect the loads on the hull. In metalworking, the threepoint roll bending of metal sheets represents an option to get cylindrical shapes. The hourglass defect is one of the most common problems of such a process. An experimental and numerical analysis is proposed to investigate the hourglass defect on roll-bent thick cylinders and evaluate modifications on the roll bender setup as a solution. In the experimental analysis, measurements of the process key parameters are achieved
and the features of the final product related to the hourglass defect are checked. Then, a FE 3D model is developed to simulate the mechanical behaviour of the sheet during the process. Preliminary numerical results are compared with experimental results to check the reliability of the FE simulation. The model itself is then implemented with a central lower roll, which is evaluated as an hourglass defect solution.
La necessità di sistemi di monitoraggio affidabili rappresenta una sfida interessante per l’ingegneria. Il monitoraggio strutturale consente di valutare l’integrità della struttura in diverse condizioni operative. Gli impatti in acqua e l’interazione fluido-struttura complicano lo studio di diverse applicazioni, data la coesistenza di carichi impulsivi, grandi deformazioni locali e vibrazioni di ampiezza elevata. Si propone una metodologia di ricostruzione del comportamento meccanico, basata sulla decomposizione modale e su dati di deformazione locali, valutata sia sperimentalmente che numericamente in condizioni diverse di test. Viene inoltre proposta una metodologia per la ricostruzione dei carichi agenti su imbarcazioni veloci, basata su dati di deformazione numerici e sperimentali, questi ultimi utilizzati come input per un algoritmo operante in tempo reale. Nella lavorazione dei metalli, la calandratura a tre rulli delle lamiere `e scelta per ottenere forme cilindriche, talvolta afflitte dal difetto di strombatura. Si propone un’analisi sperimentale e numerica su questo difetto in caso di cilindri spessi e una valutazione di modifiche al setup della calandra per la sua soluzione. Nell’analisi sperimentale si misurano i parametri di processo e si controllano le caratteristiche del prodotto finale riconducibili alla strombatura. Viene quindi sviluppato un modello numerico 3D per simulare il comportamento meccanico della lamiera durante il processo. I risultati numerici preliminari vengono confrontati con i risultati sperimentali per verificare l’affidabilità della simulazione. Il modello viene quindi implementato con un rullo inferiore centrale, valutato come soluzione alla strombatura.
Additional information
Dottorato di ricerca in Engineering for energy and environment
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