Monitorización de la salud estructural de los suelos de tanques de almacenamiento sobre tierra llenos de líquido: Un enfoque de inversión temporal para la localización de fuentes de emisiones acústicas

Structural health monitoring of liquid filled above ground storage tank floors: a time-reversed approach to acoustic emission source location

Contenido principal del artículo

Boris Adolfo Zárate-Hernández

Resumen

Emision Acústica (AE) es una metodología exitosa y que ha sido probada de Ensayos No-Destructivos (NDT) comúnmente utilizada para determinar daño en el piso de tanques de almacenamiento. Tradicionalmente la localización de fuentes de AE en el piso del tanque se realiza utilizando únicamente las formas de onda que han viajado directamente de la fuente al sensor (golpe directo). Las formas de onda capturadas después correspondientes a las reflecciones son identificadas y eliminadas. Este artículo propone un nuevo algoritmo de localización de fuentes de AE en tanques que considera una combinación de ondas reflejadas y golpes directos. El algoritmo propuesto se basa en acústica de tiempo-inverso y la teoría de rayos. La metodologia usa el concepto de acústica de tiempo-inverso en el cual una onda detectada en cualquier lugar se puede dirigir de nuevo a la fuente cuando se recrea en el lugar de detección. Entonces, la metodología desarrollada aquí toma el tiempo al cual la onda llega al sensor y la envía de vuelta como si el tiempo se hubiera devuelto. La teoría de Rayos se utiliza en la metodología para considerar la forma en la que el frente de onda se refleja cuando encuentra un obstáculo tal como la pared del tanque. El punto de intersección de todos los frentes de onda es identificado utilizando un algoritmo de optimización. Este punto donde todos los frentes se intercepta es considerado el punto de localización de la fuente. El algoritmo de localización considera el primer camino o el camino directo de la fuente a los sensores combinado con la reflecciones obtenidas por los frentes de onda que rebotaron de las paredes del tanque.  El algoritmo de localización propuesto fue validado usando datos numéricos de un tanque de 176 pies de diámetro y datos experimentales usando datos de AE provenientes de un tanque de 55 pies de diámetro.

Palabras clave:

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Detalles del artículo

Referencias (VER)

Aggelis, D. G., Barkoula, N. M., Matikas, T. E., and Paipetis, A. S. (2012). Acoustic structural health monitoring of composite materials: Damage identification and evaluation in cross ply laminates using acoustic emission and ultrasonics. Composites Science and Technology, 72(10), 1127-1133

Anastasi, R. F. (2011). Time Reversal Methods for Structural Health Monitoring of Metallic Structures Using Guided Waves, (No. ARL-TR-5716). ARMY RESEARCH LAB HAMPTON VA VEHICLE TECHNOLOGY DIRECTORATE

Albert, D. G., Liu, L., and Moran, M. L. (2005). Time reversal processing for source location in an urban environmenta), The Journal of the Acoustical Society of America, 118(2), 616-619

Bai, C. Y., Hu, G. Y., Zhang, Y. T., and Li, Z. S. (2014). Seismic wavefield propagation in 2D anisotropic media: Ray theory versus wave-equation simulation. Journal of Applied Geophysics, 104, 163-171

Chen, J., Su, Z., and Cheng, L. (2010). Identification of corrosion damage in submerged structures using fundamental anti-symmetric Lamb waves. Smart Materials and Structures, 19(1), 015004

Cole, P. T., and Gautrey, S. N. (2002). Development history of the Tankpac AE tank floor corrosion test. NDT. net, 7(09)

da Cruz, A. C., and Ribeiro, M. S. (2005). RobTank Inspec–in service robotized inspection tool for hazardous products storage tanks. Industrial Robot: An International Journal, 32(2), 157-162

Essl, G. (2006). Computation of wave fronts on a disk I: numerical experiments. Electronic Notes in Theoretical Computer Science, 161, 25-41

Fink, M. (1992). Time reversal of ultrasonic fields. I. Basic principles. Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE Transactions on, 39(5), 555-566

Godinez-Azcuaga, V., Inman, D., Ziehl, P., Giurgiutiu, V., Nanni, A. (2011) Recent advances in the development of a self-powered wireless sensor network for structural health prognosis. In: Wu HF, editor. 1 ed. San Diego, California, USA: SPIE; p. 798325-7

Horn, M. (1996). Acoustic emission source location by reverse ray tracing. U.S. Patent No. 5,528,557. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Nair, A. and C. S. Cai (2010). Acoustic emission monitoring of bridges: Review and case studies Engineering Structures 32(6): 1704-1714

Mazeika, L., Kazys, R., Raisutis, R., and Sliteris, R. (2011). Ultrasonic guided wave tomography for the inspection of the fuel tanks floor. International Journal of Materials and Product Technology, 41(1), 128-139

Momeni, S., Koduru, J. P., Gonzalez, M., Zárate, B., and Godinez, V. (2013, March). Online acoustic emission monitoring of combustion turbines for compressor stator vane crack detection. In SPIE Smart Structures and Materials+ Nondestructive Evaluation and Health Monitoring (pp. 86900B-86900B). International Society for Optics and Photonics

Parot, J. M. (2008). Localizing impulse sources in an open space by time reversal with very few transducers. Applied Acoustics, 69(4), 311-324

Rizzo, P., Han, J. G., and Ni, X. L. (2010). Structural health monitoring of immersed structures by means of guided ultrasonic waves. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 21(14), 1397-1407

Schempf, H., Chemel, B., and Everett, N. (1995). Neptune: above-ground storage tank inspection robot system. Robotics and Automation Magazine, IEEE, 2(2), 9-15

Shigeishi, M., S. Colombo, K. J. Broughton, H. Rutledge, A. J. Batchelor and M. C. Forde (2001). Acoustic emission to assess and monitor the integrity of bridges, Construction and Building Materials 15(1): 35-49

Scruby, C. (1987) An introduction to acoustic emission, Journal of Physics E: Scientific Instruments 20: 946-953

Serrano, P., Guillem, I., and Gómez, V. (2014). Ray Tracing Study of the Effectiveness of Acoustic Intervention in the Church of Santa Maria De La Valldigna Monastery. In Construction and Building Research (pp. 383-389). Springer Netherlands

Sohn, H., Park, H. W., Law, K. H., and Farrar, C. R. (2007). Damage detection in composite plates by using an enhanced time reversal method. Journal of Aerospace Engineering, 20(3), 141-151

Wald, I., Slusallek, P., Benthin, C., and Wagner, M. (2001, September). Interactive rendering with coherent ray tracing. In Computer graphics forum (Vol. 20, No. 3, pp. 153-165). Blackwell Publishers Ltd

Wang, C. H., Rose, J. T., and Chang, F. K. (2004). A synthetic time-reversal imaging method for structural health monitoring. Smart materials and structures, 13(2), 415

Xu, B., and Giurgiutiu, V. (2007). Single mode tuning effects on Lamb wave time reversal with piezoelectric wafer active sensors for structural health monitoring. Journal of Nondestructive Evaluation, 26(2-4), 123-134

Zárate, B. A., Caicedo, J. M., Yu, J., and Ziehl, P. (2012). Probabilistic prognosis of fatigue crack growth using acoustic emission data. Journal of Engineering Mechanics, 138(9), 1101-1111

Zárate, B. A., Pollock, A., Momeni, S., and Ley, O. (2015). Structural health monitoring of liquid-filled tanks: a Bayesian approach for location of acoustic emission sources. Smart Materials and Structures, 24(1), 015017.