Monitoreo de Salud Estructural de una Lamina en Flujo de Agua Inestable Usando Algoritmos de Reconstrucción Modal
Autores: Liuzzo, Gabriele; Meloni, Stefano; Fanelli, Pierluigi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Monitoreo de Salud Estructural de una Lamina en Flujo de Agua Inestable Usando Algoritmos de Reconstrucción Modal
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Integridad estructural
Componentes mecánicos
Entornos fluidos
Deformación
Flujo de agua
Datos experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 2
Citaciones: Sin citaciones
Asegurar la integridad estructural de los componentes mecánicos que operan en entornos fluidos requiere técnicas de monitoreo precisas y confiables. Este estudio presenta una metodología para reconstruir la deformación de campo completo de una placa de aluminio flexible sometida a un flujo de agua no uniforme en un túnel de agua, utilizando un enfoque de reconstrucción modal estructural informado por datos experimentales. El montaje experimental involucra una lámina de aluminio (200 mm x 400 mm x 2.5 mm) montada en un túnel de agua de circuito cerrado y expuesta a un flujo controlado con velocidades de hasta 0.5 m/s, correspondientes a números de Reynolds del orden de 10^4, induciendo deformaciones transitorias capturadas a través de una técnica de seguimiento óptico basada en imágenes. El núcleo de la metodología radica en reconstruir el campo de deformación completo de la estructura combinando un número reducido de modos de vibración derivados de la geometría y las condiciones de contorno del sistema. La novedad del presente trabajo consiste en la integración del Criterio de Energía Potencial de Deformación Interna (ISPEC) para la selección de modos con un marco de aprendizaje automático basado en datos, lo que permite la identificación en tiempo real de las contribuciones modales activas a partir de mediciones experimentales escasas. Este enfoque permite una estimación precisa de la respuesta dinámica mientras reduce significativamente los datos de sensores requeridos y el esfuerzo computacional. La validación experimental demuestra una fuerte concordancia entre las deflexiones reconstruidas y medidas, con errores normalizados por debajo del 15% y coeficientes de correlación superiores a 0.94, confirmando la fiabilidad de la reconstrucción. Los resultados confirman que, incluso bajo interacciones complejas y variables en el tiempo entre fluidos y estructuras, es posible lograr una reconstrucción de deformaciones precisa y robusta con un costo computacional mínimo. Esta metodología integrada proporciona una base confiable y eficiente para el monitoreo de la salud estructural de componentes flexibles en entornos hidráulicos y marinos, cerrando la brecha entre datos de medición escasos y caracterización dinámica de campo completo.
Descripción
Asegurar la integridad estructural de los componentes mecánicos que operan en entornos fluidos requiere técnicas de monitoreo precisas y confiables. Este estudio presenta una metodología para reconstruir la deformación de campo completo de una placa de aluminio flexible sometida a un flujo de agua no uniforme en un túnel de agua, utilizando un enfoque de reconstrucción modal estructural informado por datos experimentales. El montaje experimental involucra una lámina de aluminio (200 mm x 400 mm x 2.5 mm) montada en un túnel de agua de circuito cerrado y expuesta a un flujo controlado con velocidades de hasta 0.5 m/s, correspondientes a números de Reynolds del orden de 10^4, induciendo deformaciones transitorias capturadas a través de una técnica de seguimiento óptico basada en imágenes. El núcleo de la metodología radica en reconstruir el campo de deformación completo de la estructura combinando un número reducido de modos de vibración derivados de la geometría y las condiciones de contorno del sistema. La novedad del presente trabajo consiste en la integración del Criterio de Energía Potencial de Deformación Interna (ISPEC) para la selección de modos con un marco de aprendizaje automático basado en datos, lo que permite la identificación en tiempo real de las contribuciones modales activas a partir de mediciones experimentales escasas. Este enfoque permite una estimación precisa de la respuesta dinámica mientras reduce significativamente los datos de sensores requeridos y el esfuerzo computacional. La validación experimental demuestra una fuerte concordancia entre las deflexiones reconstruidas y medidas, con errores normalizados por debajo del 15% y coeficientes de correlación superiores a 0.94, confirmando la fiabilidad de la reconstrucción. Los resultados confirman que, incluso bajo interacciones complejas y variables en el tiempo entre fluidos y estructuras, es posible lograr una reconstrucción de deformaciones precisa y robusta con un costo computacional mínimo. Esta metodología integrada proporciona una base confiable y eficiente para el monitoreo de la salud estructural de componentes flexibles en entornos hidráulicos y marinos, cerrando la brecha entre datos de medición escasos y caracterización dinámica de campo completo.