شناسایی شل‌شدگی در اتصال فلنجی پیچ‌دار لوله تحت نیروهای تصادفی با استفاده از شبکه‌های عصبی کانولوشنی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1040-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1دانشجوی کارشناسی‌ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز
2استادتمام، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز
3دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز
4کارشناسی‌ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز
5استادیار، دانشکده طراحی ، دانشگاه هنر اسلامی تبریز،تبریز،ایران
چکیده
این مطالعه به بررسی پایش وضعیت برای تشخیص شل‌شدگی پیچ در اتصالات فلنجی لوله‌ها می‌پردازد؛ اجزای حیاتی که به‌طور گسترده در صنایع انتقال سیالات به کار می‌روند. از آنجایی که خوردگی، ترک‌خوردگی و به‌ویژه شل‌شدگی پیچ می‌تواند منجر به نشت و خرابی سیستم شود، تشخیص زودهنگام آن ضروری است. در آزمایش انجام‌شده، یک لوله فلنج‌دار تحت تحریک تصادفی ناشی از نویز سفید قرار گرفت. پاسخ‌های دینامیکی لوله در حالت سالم و همچنین در شرایط معیوب شامل شل‌شدن نیمه و کامل پیچ ثبت شدند. سیگنال‌های جمع‌آوری‌شده سپس با استفاده از بانک فیلتر هار در یک سطح تجزیه منتخب و با بهره‌گیری از ضرایب فیلتر پایین‌گذر و بال‌گذر پردازش شدند. پس از فیلترگذاری، توزیع اسمودد ویگر–ویل برای استخراج نمایش دقیق زمان–فرکانس سیگنال‌ها به‌کار گرفته شد. این تصاویر زمان–فرکانس به‌عنوان ویژگی ورودی برای آموزش شبکه‌های عصبی کانولوشنی (CNN) مورد استفاده قرار گرفتند. شبکه‌های عصبی با داده‌های تولیدشده آموزش، اعتبارسنجی و آزمایش شدند تا شرایط مختلف اتصال فلنج را طبقه‌بندی کنند. روش پیشنهادی دقتی بیش از ۹۵ درصد را نشان داد که بیانگر کارایی بالای آن است. در نهایت، کارایی این روش با سایر روش‌های استخراج ویژگی مقایسه شد تا برتری آن تأیید گردد.
کلیدواژه ها
 
Title
Identification of Loosening in a Bolted Flanged Pipe Connection under Random Forces Using Convolution-al Neural Networks
Authors
Milad Shabani Yousefabad, Morteza Homayoun Sadeghi, Mir Mohammad Ettefagh, Mahdi Bahadori, Siamak Pedrammehr
Abstract
This study investigates condition monitoring for detecting bolt loosening in flanged pipe connections critical components widely used in fluid-transfer industries. Since corrosion, cracks, and especially bolt loosening can lead to leakage and system failure, early detection is essential. In the experimental setup, a flanged pipe is subjected to random excitation using white-noise signals. Dynamic responses of the pipe are recorded under healthy conditions as well as faulty conditions involving half-loosened and fully loosened bolts. The collected sig-nals are then processed using a Haar filter bank at a selected decomposition level, employing both low-pass and high-pass filter coefficients. After filtering, the Smoothed Pseudo Wigner–Ville distribution is applied to obtain detailed time–frequency representations of the responses. These time–frequency images serve as input features for training convolutional neural networks (CNNs). The CNNs are trained, validated, and tested using the generated datasets to classify the condition of the flange connection. The proposed method demonstrates a classification accuracy exceeding 95%, highlighting its effectiveness. Finally, the performance of this approach is compared with other feature-extraction techniques to confirm its superiority.
Keywords
Looseness detection, Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution, Haar filter bank, Convolution neural networks