Monitorización estructural SHM mediante redes de Bragg.

En esta Tesis doctoral se demuestra el alto potencial y elevado nivel de disponibilidad tecnológico de las redes de Bragg como sensor principal en sistemas de monitorización de estructuras aeronáuticas. Se trata de sensores precisos, fiables, “embebibles”, inertes a la radiación electromagnética, fácilmente multiplexables, etc. La monitorización mediante redes de Bragg permite controlar el estado estructural, incrementando la seguridad y reduciendo los costes de mantenimiento. Permite cambiar el paradigma de revisiones de basadas en tiempo a basadas en condiciones. Además, el estudio de los datos procedentes de los sensores posibilita mejorar los criterios de diseño y retroalimentar los modelos informáticos dando lugar a generaciones de estructuras más ligeras y eficientes. Este trabajo tiene como principal objetivo la evaluación de redes de Bragg en fibra óptica como sensor para monitorización estructural en el ámbito aeronáutico. Este objetivo general se articula a su vez en otros más específicos. En primer lugar, se estudia su respuesta ante distintos tipos de esfuerzo y métodos de integración en el material en comparación con otros sensores como galgas extensiométricas y extensómetros y sistemas de videocorrelación. Estos ensayos permiten calibrar los sensores de forma adecuada y con ello poder predecir su futuro comportamiento y precisión. Al tener unas dimensiones y peso prácticamente despreciables, la fibra óptica se puede introducir entre las capas de material compuesto sin provocar distorsión. Se verifica el funcionamiento de los ensores embebidos y se determina la posición más adecuada en un laminado. En el sector aeroespacial, el material compuesto se somete a un ciclo de autoclave durante su fabricación. La presión y el calor durante el proceso provocan un efecto adverso en las redes de Bragg, llamado birrefringencia, que dificulta o imposibilita la extracción de datos de los sensores. En este trabajo se desarrolla un algoritmo que permite analizar el fenómeno para obtener la máxima información posible. Este procesamiento puede funcionar en tiempo real y no requiere una base computacional intensiva. Se estudia también el comportamiento de la fibra cuando se la somete a incrementos térmicos y el proceso de conversión de la señal extraída del sensor a temperatura. Se implementan y comparan varios métodos teóricos y experimentales. Cualquier magnitud física-química que se pueda transformar mediante algún mecanismo en deformación o temperatura es medible mediante redes de Bragg. Cuando una estructura se encuentra sujeta a esfuerzos dinámicos, es especialmente útil tener acceso a medidas de aceleración. Por ello, se diseña un acelerómetro basado en una red de Bragg y fabricado haciendo uso de tecnologías de fabricación aditiva. Se trata de un sensor muy ligero, con buena sensibilidad y alta frecuencia de resonancia. Este desarrollo abre las puertas a la implementación de redes de sensores de fibra que puedan cubrir todas las magnitudes estructurales necesarias en una aeronave sin necesidad de añadir sensores de tipo electrónico o con otro principio de funcionamiento. Una vez se han explorado las capacidades de la fibra a nivel probeta en laboratorio, se diseñan y fabrican demostradores tecnológicos que permiten poner en valor sus capacidades mediante aplicaciones prácticas e industriales. En el primero de ellos, se instala una red de sensores embebidos en el ala de una aeronave no tripulada. Su posicionamiento se realiza en base a un modelo de elementos finitos. A continuación, se ensaya y se diseñan algoritmos que permiten analizar en tiempo real, alarmas de carga, conteo de ciclos de fatiga, despliegue de mecanismos en función de las deformaciones, etc. Esta serie de características podrían estar en el futuro implementadas en estructuras inteligentes. Para que las redes de Bragg avancen en su nivel de disponibilidad tecnológica es necesario probar que pueden instalarse y sobrevivir en un ambiente relevante o industrial. En este trabajo se implementa una red con 4 líneas y 14 sensores sobre una cabina de fibra de carbono-epoxy (CFRP) fabricada por AIRBUS D&S. Esta se usa para monitorizar con éxito sus deformaciones en distintos ensayos de presurización. Las redes de Bragg en fibra óptica demuestran ser un sensor excelente con una respuesta igual de precisa y estable que galgas extensiométricas y termopares en todos los ensayos realizados, añadiendo importantes ventajas como su capacidad de multiplexación y su peso y dimensiones despreciables, etc. Además permiten la implementación de otro tipo de sensores como acelerómetros. Se posicionan de esta manera como una tecnología muy a tener en cuenta en el desarrollo de sistemas de monitorización estructural.

Author dc:creator

• Gutiérrez Vázquez, Nicolás

Advisors dc:contributor.advisor

• Galvín, Pedro
• Lasagni, Fernando Adrián

Statement dc:rights

• Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 Estados Unidos de América

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

spa

Handle dc:identifier.uri

https://hdl.handle.net/11441/74759

OAI identifier oai:identifier

oai:idus.us.es:11441/74759