Çelik yapıların modal analizi yapılırken ivmeölçer sensörlerinin sabitlenmesi bazen zor ve karmaşıktır. Vida ve dübel gibi mekanik ankrajların kullanılması imkansızdır. Aynı zamanda kurulum, yapının dinamik davranışı hakkında güvenilir veriler elde etmek için çok önemli bir adımı temsil eder. İki bileşenli ve tek bileşenli yapıştırıcıların kullanılması, titreşimlerin iletimi ve modal ölçümlerin doğruluğunu doğrudan etkilediği için temel bir rol oynar.

Sensörlerin Yapılara Sabitlenmesi
İzlenecek yapılara bağlı olarak çeşitli mekanik ankrajlar kullanılabilir. Vida ve dübellerin uygulanması kolay ve kullanımı hızlıdır. Çeşitli tipler üzerinde çalıştığınız malzemeye bağlıdır (betonarme, alçıpan, ahşap vb.). Özellikle galvanize edilmişlerse yüksek dayanıklılığa sahiptirler ve içlerinden geçirilen her bir eleman için sağlam bir tutuş sağlarlar.

IOLITEiw-3xMEMS-ACC-8g-T modülü bir köprü tabliyesinin alt kısmına takılmıştır.
Vidalar ve ankrajlar sağlam bir mekanik ankraj sağlar. Daha fazla gerilme mukavemeti veya yanal yük direnci gerektiren durumlarda tercih edilebilir. Güçlü montaj, yapının yoğun titreşimlere veya önemli hareketlere maruz kaldığı uygulamalarda kritik öneme sahiptir.
Vida ve ankraj kullanımı yapının delinmesine veya hasar görmesine yol açabilir. Bu tür hasarlar, özellikle bazı çelik türleri veya tarihi yapılarda olduğu gibi kırılgan veya hassas malzemelerle çalışırken göz önünde bulundurulması gereken bir risktir. Bunların montajı yapıların delinmesini gerektirir ki bu da özellikle sert veya erişilemeyen yüzeyler gibi bazı durumlarda pratik olmayabilir veya istenmeyebilir.
Bu noktada yapıştırıcı devreye girer. Yapısal hasarı önlemek veya kolayca delemeyeceğiniz malzemelerle çalışmak için tercih edilen yol bu olabilir.
Tek Komponentli ve Çift Komponentli Yapıştırıcılar
Çİft bileşenli epoksi yapıştırıcılar, ekipman sabitleme için çok yönlü bir çözüm oluşturur. Kurulum aşamasında iki farklı bileşik aracılığıyla yenilikçi bir yaklaşım sunar. Bu formülde, ilk bileşen reçineyi barındırırken, ikincisi polimerizasyon sürecini tetiklemek için gerekli olan sertleştirici maddeyi içerir.
Bu tutkalların etkinliği önemli ölçüde, kullanılana kadar izole kalması gereken iki bileşenin karışımına bağlıdır. İki bileşeni dikkatlice birleştirdikten sonra, kalan çalışma süresi Şekil 2’deki örnekte vurgulandığı gibi çevresel koşullardan kısmen etkilenebilir.

Şekil 2 Sıcaklık değiştikçe tutkalın polimerizasyon süreleri.
İki bileşenli bir tutkalın bileşenlerinin karıştırılması, uygulama sürecinde ek bir gecikmeye neden olur. Tek bileşenli tutkallar kaptan çıkar çıkmaz kullanılabilir. Ayrıca, kuruma süresi ortam sıcaklığı ve nemine ve karıştırılan iki bileşenin doğru oranına bağlı olarak değişebilir. Bu faktörler polimerizasyon reaksiyonunun hızını ve etkinliğini etkileyebilir, böylece iki bileşenli tutkalın tamamen sertleşmesi için gereken süreyi etkileyebilir.
Tek bileşenli epoksi yapıştırıcı, daha önce bahsedilen ürünlerden kendine özgü bir özellik ile ayrılır: polimerizasyon için gerekli her iki reaktif de kartuşun içinde zaten mevcuttur. Beklediğinizin aksine, polimerizasyon reaksiyonu tutkalı kartuştan çıkardıktan hemen sonra gerçekleşmez.
Bu gecikmenin nedeni, kimyasal bir reaktifin bu tür bir tutkalda polimerizasyonu aktive etmemesi, bunun yerine ortam sıcaklığından daha yüksek sıcaklıklara maruz kalmasıdır. Başka bir deyişle, polimerizasyon reaksiyonu ısıyla aktive olur. Tek bileşenli epoksi yapıştırıcının tam olarak kürleşmesi için, genellikle 120°C’nin üzerinde yüksek sıcaklıklara maruz bırakmanız gerekir.
Tek bileşenli epoksi yapıştırıcının bu ısıyla aktive olma özelliği çeşitli avantajlar sunar. Bu avantajlar arasında çalışma süresini yönetmede daha fazla esneklik ve tamamen kürlendikten sonra yüksek sıcaklıklara karşı daha fazla direnç yer alır. Esnekliği nesnelerin sabitlenmesinde avantajlı olsa da, titreşimlerin iletilmesinde bir dezavantajdır.
Yapıştırıcı Kurulum Süreleri
Yapıştırıcılar, daha gizli ve estetik açıdan hoş olabilen deliksiz bir çözüm sunar. Sabitlemenin gücü yapıştırıcının kalitesine ve yüzey hazırlığına bağlıdır. Bu nitelikler, güvenli yapışma ve uzun ömürlülük sağlamak için daha uzun uygulama sürelerine dönüşür.
Yapıştırıcı montajı, sensörlerin sahada kurulmasında önemli bir adımdır. Bir yandan doğru miktarda yapıştırıcı uygulamamız gerekirken, diğer yandan fazla yapıştırıcının sertleşmesi için daha fazla zaman gerekir.

Şekil 3 Enstrümantasyonu yüksekte monte etmek için bir yükseltici çalışma platformu (PLE) kullanılmıştır.
Kurutma, enstrümantasyonun montajında önemli zamansal farklılıklar ortaya çıkarır. İki bileşenli bir yapıştırıcı ortalama 10 dakikalık bir kuruma gerektiriyorsa ve bu sayıyı 80 sensörle çarparsak, kurulum sürecinde 13 saatten fazla bir zaman genişlemesi elde ederiz.
Böyle bir süre, personel ve makine kullanımının üç gün daha uzatılması anlamına gelir. Ekonomik açıdan bu, işin tamamlanma maliyetine binlerce avroluk bir masrafın eklenmesi anlamına gelir.
Enstrümante edilen güzergah boyunca çalışma yürütmek için ek trafik engelleme izinleri talep etmenin zorluğundan bahsetmiyorum bile. Kısacası, birçok açıdan bakıldığında, tutkal kullanımı yalnızca başka bir yol yoksa tavsiye edilir. Bu durumda kurulum sürecini optimize etmek için ne yapılabilir?
Tutkal türlerinin derinlemesine analiz edilmesi ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Kuruma aşamasından sonra daha esnek olması nedeniyle, tek bileşenli tutkal titreşimleri iletmek için daha az uygundur. Bununla birlikte, termo-aktif tepkisi sayesinde daha kısa sertleşme sürelerine sahip olduğu için montajı da daha hızlıdır. Bu nedenle, ivmeölçer sensörleri için iletim (ve ankraj) aracı olarak kullanılan tek bileşenli tutkalın etkisini araştırdık.
Bu testler için aşağıdaki donanım ve yazılımları kullandık:
- DEWESoft IOLITEiw-3xMEMS-ACC-8g: Entegre veri toplama cihazı ve düşük gürültülü 3 eksenli MEMS (mikro-elektromekanik sistem) ivmeölçer.
- DEWESoftX: sinyal ölçümü, veri kaydı, sinyal işleme ve veri görselleştirme için yazılım.
- DEWESoft Artemis OMA: modal analiz için yazılım
Dewesoft Artemis OMA, OMA (Çalışma Modu Analizi), EMA (Deneysel Modal Analiz), ODS (Çalışma Sapma Şekilleri) ve yapısal sağlık izleme analizi gerçekleştirmek için özel bir test yazılımıdır.
IOLITEi 3xMEMS-ACC, gömülü üç eksenli MEMS ivmeölçer, analogdan dijitale dönüştürme (ADC) ve EtherCAT arayüzüne sahip bir veri toplama cihazları ailesidir. Köprüler gibi büyük yapıların yapısal sağlığını izlemek için özel olarak üretilmiştir.
İlk Test: Mekanik ve Kimyasal Ankraj
İlk test, yapıştırıcı ile ve yapıştırıcı olmadan sabitlenen iki modül tarafından sağlanan sinyaldeki farklılıkları karşılaştırmayı amaçlamıştır. Tutkalsız olarak sabitlenen sensör gövdesi, kendinden kılavuzlu vidalar kullanılarak yapıya sabitlenmiştir. Analizin nesnesi endüstriyel bir metal kapının kanadıydı.
Bilimsel bir teste benzemese de, yakındaki iki sensörden gelen sinyallerin karşılaştırılması, bu durumda her ikisi de sıfır olarak kabul edilen uzamsal ve zamansal hataların net olarak aynı titreşimi temsil etmelidir.
- Senkronize dağıtılmış alım için tasarlanmış iki IOLITEiw (su geçirmez versiyon) modülü kullandığımız için zamansal hatayı sıfır olarak kabul ettik (senkronizasyon doğruluğu bir µS’den fazladır.
- İki sensörü aynı salınıma maruz kalan 3 metre yüksekliğindeki endüstriyel bir kapının kanadına birkaç santimetre arayla yerleştirdiğimiz için uzamsal hatayı sıfır olarak kabul ettik.

Şekil 4 İlk yapıştırıcı testini gerçekleştirmek için IOLITEiw-3xMEMS-ACC-8g-T modülleri kurulmuştur.
Tutkalın elde edilen titreşimler üzerinde ne gibi etkiler yarattığına dikkat ettik. Açıkça söylemek gerekirse, bir sensör ile analiz edilecek bir cisim arasına yerleştirilen herhangi bir malzeme mekanik bir filtre gibi davranarak sinyalin modülünde ve fazında değişikliklere neden olur. Bu noktada cevaplanması gereken sorular şunlardır: bu etkiler nelerdir ve kendilerini ne ölçüde gösterirler?

Şekil 5 Sabitleme için kullanılan tutkal tabakası sağdaki modülde görülebilir.
Analiz, sinyali kapı kanadı düzlemine dik eksen (Y ekseni) boyunca kaydıran tutkalın belirgin elastik davranışını göstermiştir. IOLITEiw-3xMEMS-ACC-8g modülleri, mutlak eksenlerle göreceli eksenlerin kendi kendini hizalama işlevine sahiptir.
Bu işlevsellik, modüllerin düz olarak monte edilmesinin gereksiz olduğu anlamına gelir ve böylece montaj işlemlerini hızlandırır. Bu durumda, yeniden hizalamayı yazılım yaptığı için modül gövdesi üzerinde gösterilen eksenlerin yönüne ağırlık vermeniz gerekmez. Şekil 4’te eksenlerin doğru yönelimine bakın.
Şekil 6’da gösterilen sinyaller, yapı analizi için ilgi çekici olanlara kıyasla çok yüksek frekanslı tüm titreşimleri ortadan kaldıran 30 Hz’lik bir alçak geçiren filtreden kaynaklanmaktadır.

Şekil 6 Zaman Alanı Sinyalleri. Kırmızı renkte modülü tutkalla, yeşil renkte ise kendinden kılavuzlu vidalarla sabitlenmiştir.
Bu ilk testten, tutkalın elastik etkisinin elde edilen ivmeölçer sinyalinde önemli bir faz kayması yarattığı sonucuna vardık. Bu faz kayması hakkında daha fazla bilgi edinmek için testlere devam ettik.

Şekil 7 SITE teknisyenlerinden oluşan ekip, testleri DEWESoft İtalya’nın desteğiyle gerçekleştirdi.
İkinci Test: Tutkal Miktarına Karşı Faz Kayması Etkileri
İkinci testte aşağıdaki değişikliklerin yapılması tercih edilmiştir;
- Kurulum sırasında uygulanan yapıştırıcı miktarını azaltmak;
- Hibrit sabitleme mantığına sahip bir sensör eklenmesi (tutkal + vidalar);
- Analizlerin daha esnek bir yapı üzerinde gerçekleştirilmesi.
Modülleri tutkalla sabitleme koşulları değiştikçe faz değişimlerini incelemek için ilk iki noktayı uygulamaya koyduk. Daha esnek yapı, zaman alanında modüller arasında üretilen sinyallerin karşılaştırılmasını kolaylaştıran daha önemli salınımlar sağlar.

Şekil 8 İkinci yapışkan testini gerçekleştirmek için IOLITEiw-3xMEMS-ACC-8g modülleri kurulmuştur.
Pratik nedenlerden dolayı modüllerin aynı ölçüm noktasına yerleştirilmesi mümkün olmamıştır. Bu nedenle, faz kaymasının analizini sadece tutkal tarafından uygulanan katkı ile sınırlandırmak için, yapının ilk titreşim moduna karşılık gelen 26,6Hz’lik bir bant geçiren filtre kullanılmıştır.
Bu rezonans frekansı, çubuk boyunca tüm ölçüm noktaları için fazda salınım gösteren ilk ve tek frekanstır – bkz. Şekil 10.

Şekil 9 Dikey bir çelik çubuğun ilk üç mod şekli.

Şekil 10 Rezonans frekansında tepe noktası olan frekans spektrumu.
Yeşil sinyal yapıya vidalarla sabitlenmiş modülü, kırmızı sinyal yapıştırılmış modülü, mavi sinyal ise yapıştırıcı ve vidalarla sabitlenmiş modülü temsil etmektedir.
Önerilen spektrum, her üç sensör için de ortak olan 26,6 Hz’de bir frekans zirvesini vurgulamaktadır. Bu tepe noktası bir rezonans frekansının karakteristiğidir. Frekans alanı analizinden sonra, yapıştırıcı tarafından uygulanan faz kaymasını bir kez daha analiz etmek için zaman alanı analizine geçtik.

Şekil 11 Zaman diyagramı.

Şekil 12 Yakınlaştırmalı Zaman Diyagramı.
Zaman çizelgesi, vidalı modülle (yeşil renkte) ve yapıştırılmış modüllerle (kırmızı ve mavi renkte) elde edilenleri karşılaştırarak faz kaydırmalı sinyaller verir.
Kısacası, ikinci testin sonuçları, yapıştırıcı kullanılarak sabitlenen modüllerle elde edilen sinyalde bir zaman gecikmesinin varlığını doğrulamaktadır.
Üçüncü Test: Modal Analiz Üzerinde Tutkal Etkileri
Optimal olmayan koşullarda gerçekleştirilmesine rağmen, bu son test analiz altındaki çubuğun ilk modal şekillerini elde etmeyi amaçlamıştır. Sensörleri tek bileşenli yapıştırıcı ile monte ederek bir yapının modal analizini gerçekleştirebileceğinizi kanıtlamak mümkün oldu.

Şekil 13 Çelik Çubuğun Modal Test Analizini Gerçekleştirmek için Kurulan Sensörlerin Bir Resmi.

Şekil 14 Modüllerin Çelik Çubuk Üzerine Montajı
Spektral yoğunluk gürültüsündeki en önemli zorlukları bu son adım sırasında bulduk. Analiz edilen gövde, ilgilendiğimiz bant içinde rezonans frekanslarına sahip diğer metalik bileşenlerle bağlantılı olduğu için optimum olmayan koşullardan bahsediyoruz.
Gürültü, frekans spektrumunda bir dizi düzensiz tepe ve vadi olarak kendini gösterir. Bu tepe ve vadiler spektrumun belirli noktalarında daha belirgin, diğer noktalarında ise daha az fark edilir olabilir ve görsel olarak kaotik bir görünüm yaratır. Bu gürültünün nedeni, analiz edilen ana gövde ile ona bağlı diğer yapısal parçalar arasındaki karmaşık etkileşimde yatmaktadır.
Ana gövde titreştiğinde, bağlı diğer yapısal parçalar belirli frekanslarda rezonansa girerek iletilen titreşimleri güçlendirip değiştirebilir. Bu olgu, spektrumda üst üste binen çeşitli frekanslar üreterek gözlemlenen gürültüyü oluşturur. Bu ek frekanslar, ana gövdenin titreşim modlarının tanımlanmasını ve yorumlanmasını daha zor hale getirebilir.
Frekans spektrumundaki belirgin kaosa rağmen, ana gövde titreşim modlarını diğer yapısal parazitlerden ayırmak ve tanımlamak için gelişmiş analiz teknikleri uygulayabilirsiniz. Bu teknikler, farklı titreşim bileşenlerini izole etmek ve karakterize etmek için filtreleme algoritmaları ve veri analizi içerebilir.

Şekil 15 Titreşim üzerindeki etkilerin azaldığını doğrulamak için tutkal katmanını minimuma indirilmişitir.

Şekil 16 Zaman Alanında Modal Analiz Sinyalleri. (Bu uygulamada tüm sensörleri yapıştırıcı ile sabitlenmiştir.)

Şekil 17 Frekans Alanında Modal Analiz Sinyalleri. (Bu uygulamada tüm sensörleri yapıştırıcı ile sabitlenmişitr.)
Modal analize bağlı olarak teoride bu tür bir dinamik davranış elde edilmesi gerektirmektedir – Şekil 18’e bakınız. İlk eğilme modu şekillerinin, uçlarından kısıtlanmış bir kirişle aynı davranışı yansıttığını görülmekte. Yani, elde edilen mod şekilleri beklentilerle uyumlu sonuçlanmıştır.

Şekil 18 Çubuğun Teorik Mod Şekilleri.
Modal analizi DEWESoft Artemis OMA ile gerçekleştirerek, çok yüksek gürültü seviyesine sahip bir spektral yoğunluk diyagramı elde edilmiştir. Bu da sadece ilk titreşim modlarının belirlenmesini mümkün kılmıştır.

Şekil 19 DEWESoft Artemis OMA’da bir spektral yoğunluk grafiği

Çelik Çubuğun Birinci Mod Şekli.
Şekil 20 ilk eğilme titreşim modlarının yeniden yapılandırılmasını göstermektedir. En sıcak renklere sahip alanlar daha önemli deformasyona maruz kalan kısımları tanımlamaktadır.
Sonuçlar
İvmeölçer modüllerini metal yapılara sabitlemek için yapıştırıcı kullanmak ölçümü önemli ölçüde etkileyebilir. Bu nedenle, mevcut farklı tutkal türleri göz önünde bulundurularak dikkatli ve hedefe yönelik bir analiz gerektirir.
Bir yandan, sertleştirici bileşenin varlığı nedeniyle sert kuruma ile karakterize edilen iki bileşenli tutkallarımız var. Bu yapıştırıcılar titreşimleri yapı boyunca iletme konusunda mükemmeldir ve titreşim modlarının doğru tespit edilmesini sağlar.
İki bileşenli yapıştırıcıların kullanılmasının bazı dezavantajlar doğurabileceğini göz önünde bulundurmak önemlidir. İlk olarak, iki ayrı bileşen satın almayı gerektirdiklerinden pahalı olabilirler. Ayrıca, kurutma işlemi genellikle yavaştır, bu da kurulum ve ölçümlerde gecikmelere yol açar. Son olarak, sertlikleri esnekliğin gerekli olduğu bazı uygulama durumlarında pratik olmamalarına neden olabilir.
Öte yandan, tek bileşenli yapıştırıcılar hızlı kurumalarıyla öne çıkar. Bu yapıştırıcılar, daha verimli sensör kurulumuna olanak tanıyan daha zaman ve maliyet etkin bir alternatif sunar. Bununla birlikte, tek bileşenli yapıştırıcıların daha fazla esnekliğe sahip olması bazı tavizlere yol açabilir. Özellikle, sensörler tarafından algılanan titreşimlerde zayıflamalara ve faz kaymalarına neden olarak ölçümlerin hassasiyetini etkileyebilirler.
Sonuç olarak, iki bileşenli ve tek bileşenli tutkallar arasındaki seçim tutkalın özel ihtiyaçlarına, uygulamaya ve söz konusu yapının özelliklerine bağlıdır. Özellikle nihai hedef modal analiz yapmaksa, yapının titreşim modlarının doğru ve güvenilir ölçümlerini sağlamak için her seçeneğin avantaj ve dezavantajlarını dikkatlice değerlendirmek önemlidir.
Sahadaki deneysel deneyimlerimizin ardından, ivmeölçer sinyallerinin işlenmesinde en yaygın tutkalların etkisine ışık tutabileceğinden, konuyla ilgili bilimsel ve derinlemesine bir çalışmanın faydalı olacağını düşünüyoruz.
Referanslar
Tüm DEWESoft işbirliklerinde kendilerini farklı kılan ulaşılabilirlik ve olağanüstü profesyonellikleri için teşekkür ederiz;
Salvatore De Rinaldis – SITE’de kurulum ve devreye alma müdürü
Daniele Nisticò – SITE’de Teknik Müdür
Simone Di Marco – SITE’de Sörveyör