Ανίχνευση ρωγμών σε τρισδιάστατες κυλινδρικές γεωμετρίες μέσω παρακολούθησης δομικής ακεραιότητας με χρήση δεδομένων

Σίμωσης, Νικόλαος; Simosis, Nikolaos

dc.contributor.author	Σίμωσης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Simosis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2026-05-18T11:31:11Z
dc.date.available	2026-05-18T11:31:11Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/64678
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.32372
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας	el
dc.subject	Τρισδιάστατες κυλινδρικές γεωμετρίες	el
dc.subject	Θεωρία ανίχνευσης Neyman-Pearson	el
dc.subject	Αισθητήρες οπτικών ινών	el
dc.subject	Ασυμπίεστα υλικά	el
dc.subject	Structural health monitoring	en
dc.subject	3D cylindrical geometries	en
dc.subject	Incompressible materials	en
dc.subject	Neyman-Pearson detection theory	en
dc.subject	Optical fiber sensors	en
dc.title	Ανίχνευση ρωγμών σε τρισδιάστατες κυλινδρικές γεωμετρίες μέσω παρακολούθησης δομικής ακεραιότητας με χρήση δεδομένων	el
dc.title	Data-driven Structural Health Monitoring for crack detection in 3D cylindrical geometries	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική μηχανική	el
heal.classification	Computational mechanics	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2026-02-10
heal.abstract	Η ανίχνευση αστοχιών σε πυραυλοκινητήρες στερεού καυσίμου (Solid Rocket Motors - SRMs) αποτελεί ένα εκτενές πεδίο έρευνας. Ενώ οι παραδοσιακές μέθοδοι μη καταστροφικού ελέγχου (NDT) αποτελούν πάγια πρακτική, μεγάλο μέρος της πρόσφατης έρευνας εστιάζει στην Παρακολούθηση της Δομικής Ακεραιότητας (Structural Health Monitoring - SHM) των SRMs, επιτρέποντας την ανίχνευση σε πραγματικό χρόνο. Προγενέστερες έρευνες έχουν χρησιμοποιήσει δισδιάστατες (2D) προσομοιώσεις της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM) για τη δημιουργία δεδομένων παραμόρφωσης (strain data) απαραίτητων για την ανάλυση ανίχνευσης. Η παρούσα διπλωματική εργασία επεκτείνει αυτές τις προσπάθειες και εξετάζει τη δυνατότητα ανίχνευσης για πλήρως τρισδιάστατα (3D) μοντέλα SRMs. Αρχικά αναφέρονται προηγούμενες μέθοδοι ανίχνευσης, με έμφαση στους φωτονικούς αισθητήρες και τη θεωρία ανίχνευσης Neyman-Pearson (NP). Βάσει της θεωρίας NP, προτείνονται τρεις detectors: ένας k-out-of-N detector (όπου k μεμονωμένοι αισθητήρες από τους 100 αποφασίζουν ανεξάρτητα για την ύπαρξη ρωγμής), ένας Energy detector που μπορεί να συνυπολογίσει την αβεβαιότητα ως προς τη θέση της ρωγμής, και ένας Matched Filter detector για την κατανόηση των ανώτατων ορίων των δυνατοτήτων ανίχνευσης. Παρουσιάζεται μια αναλυτική λύση για το τρισδιάστατο πρόβλημα, βασισμένη στη θεωρία της γραμμικής θερμοελαστικότητας. Ακολουθεί μια προσομοίωση FEM για την υγιή κατάσταση (χωρίς ρωγμή). Η σύγκριση μεταξύ των δύο εξετάζει τα όρια της αναλυτικής λύσης και επαληθεύει την προσομοίωση FEM. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η προσομοίωση FEM για την κατάσταση με ρωγμή, μαζί με το πεδίο παραμορφώσεων στην επιφάνεια όπου θεωρείται μια εικονική ίνα με αισθητήρες παραμόρφωσης. Τα ντετερμινιστικά σήματα που απαιτούνται για την ανάλυση προκύπτουν από αυτό το πεδίο παραμορφώσεων. Η κύρια ανάλυση χρησιμοποίησε τους τρεις προτεινόμενους NP detectors για να συνυπολογίσει την ύπαρξη λευκού γκαουσιανού θορύβου (WGN) στις μετρήσεις των αισθητήρων. Η τοποθέτηση των εικονικών αισθητήρων ακολουθεί τη διεύθυνση μιας εικονικής ίνας περιελιγμένης γύρω από το καύσιμο, σε μια καθορισμένη ακτίνα. Το κύριο κριτήριο απόδοσης και σύγκρισης για την ανάλυση είναι η περιοχή ανίχνευσης (area of detection), σε σχέση με την τοποθέτηση της εικονικής ίνας ως προς τη θέση μιας ρωγμής. Ο Energy detector αναλύεται περαιτέρω, λόγω των υψηλότερων δυνατοτήτων ανίχνευσης σε σύγκριση με τον k-out-of-N detector. Η απαίτηση για συστήματα ανίχνευσης πολλαπλών ινών οδηγεί στην ανάλυση διατάξεων που χρησιμοποιούν 3 και 2 ίνες. Παρουσιάζονται διάφορες ρωγμές ως σημεία αναφοράς για τους περιορισμούς ανίχνευσης. Τέλος, πραγματοποιείται μια σύντομη εξέταση των παραμέτρων του συστήματος, συγκεκριμένα της πυκνότητας των αισθητήρων και της γωνίας της οπτικής ίνας. Παρουσιάζεται επίσης ένας ακριβής υπολογισμός για την περιοχή ανίχνευσης του Energy detector.	el
heal.abstract	The detection of defects of Solid Rocket Motors (SRMs) has been an extensive topic of research. While traditional non-destructive testing (NDT) methods have long been employed, a lot of recent research focuses on Structural Health Monitoring (SHM) of SRMs, enabling real-time detection. Previous research has utilized two-dimensional (2D) Finite Element Method (FEM) simulations, in order to generate the strain data needed for detection analysis. This thesis extends these efforts, and examines the possibility of detection for fully three-dimensional (3D) SRMs. Previous methods for detection are mentioned, with focus on photonic sensors and Neyman-Pearson (NP) detection theory. Following the NP detection theory, 3 detectors are proposed: a k-out-of-N detector (k single-sensor detectors out of 100 sensors independently decide that there is a crack), an Energy detector that can account for uncertainty in the crack’s location, and a Matched Filter detector to provide an understanding of the upper bounds of the detection potential. An analytical solution is presented for the three-dimensional problem, based on the theory of linear thermoelasticity. A FEM simulation for the healthy state (no crack) follows. A comparison between the two examines the limits of the analytical solution, and the FEM simulation is verified. A FEM simulation for the damaged state is presented next, along with the strain field at the area where a virtual fiber with strain sensors is considered. The deterministic signals required for the analysis are obtained from this strain field. The main analysis utilized the three proposed NP detectors to account for the existence of white gaussian noise (WGN) in the readings of the sensors. The virtual sensors’ placement follows the path of a virtual fiber wrapped around the propellant, at a specified radius. The main performance and comparison metric for the analysis is the area of detection, in regards to the placement of the virtual fiber relative to the location of a crack. The Energy Detector is analysed further, due to its higher detection potential compared to the k-out-of-N detector. The requirement for multi-fiber detection systems leads to the analysis of layouts utilizing 3 and 2 fibers. Several cracks are presented as reference points for the detection limitations. Lastly, a short examination of the system parameters is performed, specifically the sensor density and the optical fiber angle. An accurate calculation for the Energy detector’s area of detection is also presented.	en
heal.advisorName	Ανυφαντής, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ζερβάκη, Άννα	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θαλάσσιων Κατασκευών. Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	61
heal.fullTextAvailability	false