Comptes Rendus
Détection de fissures dans les poutres d'acier : une nouvelle approche par balayage de mesures de vibrations
[Cracks detection in steel beams: A new approach by sine-sweep vibration measurements]
Comptes Rendus. Mécanique, Volume 342 (2014) no. 8, pp. 437-449.

In the last few years, the techniques of detection and identification of damage in structures benefited from important research efforts. Several methods of non-destructive damage detection, such as techniques based on modal analysis, were developed in addition to the traditional methods. The difficulties encountered by these techniques are their low performance, considering the industrial requirements to detect cracks as early as possible.

In this work, a retrospective of the principal modal parameters is done, in order to discuss their sensibility for identifying precociously a transverse crack in a steel beam (shaft, tube, bars, etc.), and if possible to find more sensitive properties or techniques. Our preliminary experimental results, as predicted by a bibliographical study, showed that the parameters used have a low sensitivity due to their dependence on measurement errors and to the low variation of the total stiffness rate. In fact, although testing has covered a broad range of modes, results remained always below our hopes to detect early cracks. However, it turned out, according to the theory, that local flexibility is significantly affected in the case of small cracks. Investigating other parameters that have good local characteristics seems to be the best way to improve the sensitivity of techniques allowing one to detect cracks at an early stage. Parameters such as local stiffness were used. A comparison of results concerning the sensitivity of various properties as well as of the introduced parameters is presented and discussed in this article.

Durant ces dernières années, les techniques de détection et d'identification des dommages dans les structures ont bénéficié d'importants efforts de recherche ; plusieurs méthodes non destructives de détection des dommages, telles que celles basées sur l'analyse modale, ont été développées. Le problème qui se pose pour ces techniques est leur faible performance face aux exigences de l'industrie pour une détection précoce des fissures.

Dans ce travail, une rétrospective des principaux paramètres modaux est effectuée, dans le but d'en discuter leurs sensibilités face à l'identification précoce d'une fissure transversale dans une poutre d'acier (arbre, tube, barre, etc.) et de rechercher d'éventuelles propriétés plus sensibles, le cas échéant. Les résultats préliminaires expérimentaux obtenus ont, comme prévu par l'étude bibliographique, montré que les paramètres utilisés présentent une faible sensibilité due au fait qu'ils sont tributaires des erreurs de mesure et du taux de variation de la raideur globale de la structure. En effet, bien que les tests aient couvert une large gamme de modes, les résultats restaient toujours au-dessous de nos espérances pour ce qui concernait les premiers stades de fissuration. Or, il s'avère, d'après la théorie, que la flexibilité locale est largement affectée aux faibles tailles de fissure. L'étude d'autres paramètres de bonnes caractéristiques locales semble être la voie vers une amélioration de la technique de détection précoce des fissures. Des paramètres tels que la raideur locale ont été utilisés. Les résultats d'études portant sur la sensibilité des propriétés modales et des paramètres introduits sont présentés et discutés dans cet article.

Received:
Accepted:
Published online:
DOI: 10.1016/j.crme.2014.05.001
Mot clés : Détection précoce, Mécanique de la rupture, Analyse modale expérimentale, Calcul numérique, Vibration
Keywords: Early detection, Fracture mechanic, Experimental modal analysis, Numerical calculation, Vibration

Mourad Dougdag 1; Mohammed Ouali 2; Nacim Mellel 1; Karim Attari 1

1 COMENA/CRNB/DTN/Laboratoire des études mécaniques, CRNB, BP 180, Ain-Oussera, 17200 Willaya de Djelfa, Algérie
2 Département de mécanique, faculté des sciences pour l'ingénieur, Université Saad-Dahleb, Blida, BP 27, route de Soumâa, Blida, Algérie
@article{CRMECA_2014__342_8_437_0,
     author = {Mourad Dougdag and Mohammed Ouali and Nacim Mellel and Karim Attari},
     title = {D\'etection de fissures dans les poutres d'acier : une nouvelle approche par balayage de mesures de vibrations},
     journal = {Comptes Rendus. M\'ecanique},
     pages = {437--449},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {342},
     number = {8},
     year = {2014},
     doi = {10.1016/j.crme.2014.05.001},
     language = {fr},
}
TY  - JOUR
AU  - Mourad Dougdag
AU  - Mohammed Ouali
AU  - Nacim Mellel
AU  - Karim Attari
TI  - Détection de fissures dans les poutres d'acier : une nouvelle approche par balayage de mesures de vibrations
JO  - Comptes Rendus. Mécanique
PY  - 2014
SP  - 437
EP  - 449
VL  - 342
IS  - 8
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crme.2014.05.001
LA  - fr
ID  - CRMECA_2014__342_8_437_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Mourad Dougdag
%A Mohammed Ouali
%A Nacim Mellel
%A Karim Attari
%T Détection de fissures dans les poutres d'acier : une nouvelle approche par balayage de mesures de vibrations
%J Comptes Rendus. Mécanique
%D 2014
%P 437-449
%V 342
%N 8
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crme.2014.05.001
%G fr
%F CRMECA_2014__342_8_437_0
Mourad Dougdag; Mohammed Ouali; Nacim Mellel; Karim Attari. Détection de fissures dans les poutres d'acier : une nouvelle approche par balayage de mesures de vibrations. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 342 (2014) no. 8, pp. 437-449. doi : 10.1016/j.crme.2014.05.001. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/j.crme.2014.05.001/

[1] P.G. Kirmsher The effects of discontinuities on the natural frequency of beams, Proc. Am. Soc. Test. Mater., Volume 44 (1944), pp. 897-904

[2] W.J. Thomson Vibration of slender bars with discontinuities in stiffness, J. Appl. Mech., Volume 17 (1943), pp. 203-207

[3] Saber El Arem Vibrations non-linéaires des structures fissurées application aux rotors de turbines, École nationale des ponts et chaussées, 2006 (thèse de doctorat)

[4] A.D. Dimarogonas Vibration Engineering, West Publishers, St. Paul, MN, USA, 1976

[5] A.D. Dimarogonas; S.A. Paipettis, ASP (1983), pp. 144-166

[6] M.K. Sutar, Department of Engineering, National Institute of Technology, Rourkela, Orissa, India (2009), pp. 19-22 (thesis of master)

[7] R. Gasch Dynamic behaviour of a simple rotor with a cross-sectional crack, IME Conf Publ., Vibrations in Rotating Machinery, 1976 (Paper C178/76)

[8] T.A. Henry; B.E. Okah-Avae Vibrations in cracking shafts, IME Conf Publ., Vibrations in Rotating Machinery, 1976 (Paper C162/76)

[9] A. Ouahabi; M. Thomas; A. Lakis Détection de fissures de respiration de fatigue par excitation harmonique et analyse temps–fréquence, CMVA, Montréal (2006), pp. 460-472 (ISBN: 2-921145-61-8)

[10] M. Thomas; A.A. Lakis; L. Hamidi; M. Massoud Rotor health monitoring by modal analysis, Québec, Canada (2002), p. 4.20-4.29

[11] A.K. Batabya Crack detection in cantilever beam using vibration response, Vibration Problems ICOVP, Haldia Institute of Technology, India, 2007

[12] M. Kisa, M. Arif Gruel, Modal analysis of multi-cracked beams with circular cross section, Engineering Fracture Mechanic, Harran University, Turkey.

[13] J.K. Sinha; M.I. Friswell; S. Edwards Simplified models for the location of cracks in beam structures using measured vibration data, J. Sound Vib., Volume 251 (2002) no. 1, pp. 13-38

[14] I. Green; C. Casey Crack detection in a rotor dynamic system by vibration monitoring—part I: analysis, J. Eng. Gas Turbines Power, Volume 127 (2005) no. 2, pp. 425-436

[15] Houssein Nacer Surveillance vibratoire des structures mécaniques sous contraintes thermiques, université de Rennes-1, France, 2006 (thèse de doctorat)

[16] A. Alvandi Contribution à l'utilisation pratique de l'évaluation dynamique pour la détection d'endommagements dans les ponts, École nationale des ponts et chaussées, Paris, France, 2003 (thèse de doctorat)

[17] K. Batabyal Crack Detection in Cantilever Beam Using Vibration Response, Springer Science+Business Media B.V., 2008

[18] Han-Ik Yoon; In-Soo Son; Sung-Jin Ahn Free vibration analysis of Euler–Bernoulli beam with double cracks, J. Mech. Sci. Technol., Volume 21 (2007), pp. 476-485

[19] G.M. Owolabi; A.S.J. Swamidas; R. Seshadri Crack detection in beams using changes in frequencies and amplitudes of frequency response functions, J. Sound Vib., Volume 265 (2003), pp. 1-22

[20] R. Langlois Analyse numérique d'une base de données expérimentales de tubes sollicités en flexion, Génie atomique modélisation des réacteurs, CEA, Gif-sur-Yvette, 1998 (Rapport de stage no 31017441 31 p)

[21] J.-S. Dupuy, P. Ienny, S. Corn, L. Daridon, Comparaison de méthodes dynamiques d'analyse du comportement mécanique de matériaux, in : 18e Congrès français de mécanique, Grenoble, France, 27–31 août 2007.

[22] Cyril M. Harris; Allan G. Piersol, McGraw-Hill ( 2002, 1996, 1988, 1976, 1961 ), p. (7-14)-(7-20) (ISBN: 0-07-137081-1)

[23] Chong-Won Lee Vibration Analysis of Rotor, KAP, 1993

[24] Han-Ik Yoon; In-Soo Son Influence of tip mass on dynamic behavior of cracked cantilever pipe conveying fluid with moving mass, J. Mech. Sci. Technol., Volume 19 (2005) no. 9, pp. 1731-1741

[25] J. Nearing Mathematical tools for physics, 2006 http://www.dlu.edu.vn/FileUpload/2008110102142408.pdf

Cited by Sources:

Comments - Policy