شکل ‏1‑1: تشكیلات سیستم مانیتورینگ سلامت سازه. [69]
در شكل(1-1) ساختار سیستم SHM به تصویر کشیده شد(بخش(1-2-3)). این سیستم مربوط به تابع مانیتورینگ سراسری سازه[6] می باشد. انواع پدیده های فیزیکی در بحث مانیتورینگ باید مطالعه شوند در ذیل ارائه شده اند.
الف) نوع پدیده فیزیكی مربوط به آسیب كه توسط حسگرها مانیتوره شده است.
ب) نوع پدیده فیزیكی كه بوسیله حسگرها برای تولید، دریافت، ارسال و ذخیره سازی سیگنال(معمولا الكتریكی) در زیر سیستم ها استفاده می شود. چند نوع حسگر مشابه كه داده ها را همزمان برای یك سیستم ارسال می كنند، یك شبكه حسگری[7] را تشکیل داده كه در نهایت داده های آنها با دیگر حسگرها ادغام شده و حسگرهای دیگر نیز با استفاده از سیستم مانیتورینگ وظیفه نظارت بر شرایط محیطی را انجام می دهند. سیگنال های تحویل داده شده بوسیله زیر سیستم یكپارچه مانیتورینگ ثبت شده و توسط كنترلر استفاده می شوند. در نهایت کلیه این عوامل منجر به ایجاد یك سیستم تشخیص عیب کامل سازه ای می شوند. [6,14,15]

1-2 آشنایی با انواع آسیب

هدف اصلی این پروژه ارائه روش هایی نوین برای کشف آسیب های سازه ای می باشد. در ابتدا مفاهیم پایه ای آسیب ارائه می شود.

1-2-1 مفاهیم پایه ای آسیب

نزدیک به سه دهه است که تلاش های فراوانی برای کشف آسیب صورت گرفته است. در ده سال گذشته با ورود سیستم های مانیتورینگ سلامت سازه ای رشد چشمگیری در تکنولوژی کشف آسیب صورت گرفته است. تاکنون تعریف های گوناگونی از آسیب ارائه شده است. در این جا سعی بر این است که ساده ترین و جامع ترین تعریف آسیب ارائه شود. آسیب تغییر در خواص هندسی یا خواص ماده شامل تغییر در شرایط مرزی، اتصالات و… می باشد که تاثیر نامطلوبی بر عملکرد سازه می گذارد. به بیان دیگر آسیب، تغییر در عملکرد مطلوب سازه می باشد. مفهوم آسیب زمانی که با شرایط حالت سالم(بدون آسیب) مقایسه شود، معنا پیدا می کند. بدلیل اینکه این پروژه بر روی آسیب های مکانیکی و سازه ای تمرکز دارد، آسیب به تغییر در خواص هندسی و خواص ماده محدود می شود.[15]
شروع همه آسیب ها از سطح ماده است. البته ذکر این نکته ضروری است که آسیب لزوما به معنای از دست رفتن عملکرد کل سیستم نمی باشد اما اگر آسیب در مراحل اولیه کشف نشود، عملکرد کل سیستم کوتاه شده و در نهایت سیستم بین می رود(شکست کل سازه). امروزه تلاش پیشرفته ترین تکنولوژی های کشف آسیب این است که آسیب را در همان مراحل اولیه شناسایی کنند. در ادامه انواع آسیب و دلایل بروز آنها شرح داده می شود.

1-2-2 عوامل وقوع آسیب در صنایع هوافضا و عمران

1. خوردگی[8]: بیشتر در سازه های فلزی و بتنی رخ می دهد.

1. ارتعاشات: در سازه بال هواپیما و پل ها.

1. ضربه: این آسیب در سازه های کامپوزیتی چشمگیر است.

1. فرود دشوار[9]: در سازه های هوایی رایج است.

1. بارگذاری بیش از حد[10]: بیشتر در سازه های هوایی، عمرانی و دریایی رایج است.

2. 

1. تصادف[11].

1. سقوط[12].

1. تورق[13]: در سازه های کامپوزیتی رواج دارد.

1-2-3 طبقه بندی آسیب های سازه ای

1. کلاس1: آسیب هایی ناچیز[14]: آسیب سطحی و ناچیز بوده تا حدی که می توان از آن صرفنظر کرد. آسیب هایی مانند فرورفتگی[15] روی سطح خارجی سازه هواپیما از این دست می باشند. این نوع آسیب ها اگر در هواپیما رخ دهند، هواپیما می تواند به پرواز خود ادامه دهد(اصطلاحا نیاز نیست هواپیما گراند شود).

1. کلاس2: آسیب های قابل تعمیر[16]: این نوع آسیب ها در انواع سازه رایج بوده و در صورتی که به سرعت کشف شوند، مشکل ساز نبوده ولی اگر به آنها بی توجهی شود، پییشرفت کرده و سبب از کار افتادن آن ناحیه(قطعه) می شوند. آسیب هایی از قبیل سوراخ[17] و ترک[18] از این قبیل می باشند. در صورت بروز این آسیبها در صنایع هوایی از پرواز هواپیما جلوگیری شده(اصطلاحا هواپیما گراند می شود) و بعد از رفع آسیب و تایید واحد کنترل کیفیت[19] هواپیما صلاحیت پرواز را پیدا می کند.

1. کلاس3: تعویض: قطعه آسیب دیده از رده خارج است[20] و قابل تعمیر نبوده و باید تعویض شود.

انواع آسیب سازه ای:

• خوردگی.

• ترک.

• تورق.

• حفره.

• سوراخ.

• ناپیوستگی اتصالات[21].

• انحراف از موقعیت.

• شل شدگی یا تزلزل اتصالات.

• خروج از مرکزیت.

• تغییر خواص ماده.

سیستم مانیتورینگ سلامت سازه توانایی کشف آسیب در مراحل اولیه و جلوگیری از رشد آسیب(جلوگیری از بارگذاری اضافی در ناحیه آسیب دیده)، ترمیم خودکار آسیب(با استفاده از مواد و حسگرهای هوشمند)، جلوگیری از تجمع آسیب و نمایان کردن عمر باقیمانده ناحیه یا قطعه آسیب دیده را دارد(شکل(1-1)).[14]

1-2-4 الگوریتم کشف آسیب توسط سیستم مانتیتورینگ سلامت

1. تشخیص آسیب.

1. ثبت زمان وقوع آسیب.

1. تعیین محل آسیب.

1. تعیین شدت آسیب(بررسی کیفیت آسیب).

1. اعمال اجرایی(نظیر نوع اخطار).

1. تعیین طول عمر باقیمانده قطعه آسیب دیده و کل سازه.

1. تشخیص نوع تعمیر

شناسایی و تشخیص آسیب بوسیله تجمیع چهار مرحله زیر انجام می شود.

1. مانیتورینگ شرایط(CM)[22]: مشابه تکنولوژی مانیتورینگ سلامت سازه است ولی بیشتر در تعیین مکان آسیب استفاده می شود.