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Técnicas para monitoramento de integridade estrutural usando sensores e atuadores piezoelétricos; Techniques for structural health monitoring using piezoelectric sensors and actuators

Maio, Carlos Eduardo Bassi
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 24/03/2011 PT
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110.33685%
A utilização de materiais piezoelétricos, na função de sensores e atuadores distribuídos, para o controle e monitoramento de vibrações estruturais tem um enorme potencial de aplicação nas indústrias aeronáutica, aeroespacial, automobilística e eletroeletrônica. O uso de sensores piezoelétricos integrados para monitoramento de integridade estrutural (ou detecção de falhas), em particular, tem evoluído bastante na última década. Por conseguinte, o número de técnicas utilizadas para esse fim são as mais variadas possíveis. Dentre elas estão às técnicas que avaliam o efeito dos danos em baixa freqüência usando parâmetros modais, em especial freqüências naturais e modos, ou em média-alta freqüência medindo-se a impedância/admitância eletromecânica. O objetivo dessa dissertação é desenvolver, com auxílio de um modelo 2D ANSYS em elementos finitos, uma análise de diferentes técnicas para detecção da posição e tamanho da delaminação em estruturas compósitas utilizando pastilhas piezoelétricas. Várias métricas e técnicas são avaliadas em termos de sua capacidade de identificar, com relativa acurácia, a presença, localização e severidade do dano. Os resultados mostram que ambas as técnicas modal e baseada na impedância são capazes de identificar a presença de danos do tipo delaminação...

Fabricação, análise computacional e experimental de juntas híbridas coladas monitoradas por compósitos inteligentes; Manufacturing, computational modeling and experimenting evaluation of hybrid bonded joints monitored through smart composites

Borges, Emanuel Nunes
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 05/07/2012 PT
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69.28541%
O presente trabalho correlacionou diversas funções de respostas em frequência (FRF) de juntas do tipo simples, coladas e fabricadas em titânio-compósito (resina epóxi reforçada por fibra de carbono). As FRFs produzidas foram investigadas (experimental e numericamente) tanto para juntas intactas como para juntas com falha, estas provenientes, por exemplo, do uso em serviço ou então, com resultado do processamento inadequado de um reparo. Com base nessas análises buscou-se, portanto, subsidiar o desenvolvimento de um sistema de monitoramento estrutural a partir da avaliação de seu comportamento dinâmico, medido pelo uso de pastilhas piezelétricas integradas à estrutura. Para que o respectivo objetivo fosse alcançado. Num primeiro momento, a fim de compreender os fenômenos envolvidos, conduziu-se a atividade de revisão bibliográfica, que baseada na consulta dos trabalhos mais recentes publicados sobre a análise de juntas coladas empregando abordagem numérica, analítica e/ou experimental. Em seguida, foram desenvolvidos modelos computacionais preliminares com solução via Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de se obter as diretrizes mínimas para uma proposta de fabricação das juntas híbridas (metal-compósito). Tal estratégia permitiu reduzir efeitos indesejados...

Identificação de sistemas e avaliação da integridade de estruturas treliçadas

Miguel, Leandro Fleck Fadel
Fonte: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Publicador: Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
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70.31536%
Monitoramento da integridade estrutural (Structural health monitoring - SHM) está relacionado à implementação de alguma estratégia para a detecção de dano em estruturas de engenharia. Este estudo geralmente envolve a observação do sistema no tempo, utilizando amostras periódicas de medições da resposta dinâmica, a partir de um grupo de sensores, a fim de verificar alterações nos parâmetros modais, que podem indicar a presença do dano. Entretanto, especialmente para estruturas treliçadas, este processo tornase difícil principalmente porque nem todos os deslocamentos ou rotações nodais modelados numericamente podem ser medidos experimentalmente. Desta forma, o presente estudo tem por objetivo tratar algumas das ainda correntes questões dos sistemas de monitoramento da integridade estrutural baseados em registros de vibração. Primeiramente aborda-se um tema que, apesar de recentemente ter se mostrado importante, ainda apresenta muito poucos estudos: a influência da variação dos efeitos ambientais, especialmente a temperatura, sobre as características dinâmicas de estruturas. Com o intuito de verificar tal influência em pontes metálicas, os resultados apresentados por Ni et al. (2005) são utilizados para a realização de estudos de correlação...

Monitoramento da Integridade Estrutural de Sistemas Mecânicos via Observador de Estado Modal

Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 206 f. : il., color.
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130.25927%
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS; O monitoramento da integridade estrutural (SHM) de sistemas mecânicos trata-se de uma tecnologia emergente que combina modernos sensores com inteligentes algoritmos computacionais para analisar a condição da estrutura em tempo real ou quando for necessário. Segurança, alto desempenho em operação e redução nos custos de manutenção são alguns dos principais benefícios concedidos pela tecnologia SHM. Deste modo, esta tecnologia vem encontrando aceitação crescente na indústria, principalmente na aeronáutica e petrolífera onde os custos de manutenção são muito elevados. Dentre as técnicas de monitoramento desenvolvidas, a dos observadores de estado se destacou. No entanto, esta técnica SHM possui algumas restrições que motivam o interesse pelo desenvolvimento de uma nova abordagem para a mesma. Neste contexto, este trabalho alia os já conhecidos observadores de estado com as características do domínio modal a fim de determinar o modo de vibrar mais afetado pela presença de um dano qualquer no sistema monitorado. A partir do conhecimento desta informação é possível projetar, por exemplo...

Monitoramento da integridade em estruturas aeronáuticas

Franco, Vitor Ramos
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 202 f. : il., fots. color.
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120.01107%
Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS; Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de uma técnica de monitoramento da integridade estrutural, para identificação e caracterização de falhas estruturais através da metodologia das ondas de Lamb utilizando materiais piezelétricos como sensores e atuadores. Ondas de Lamb são uma forma de perturbação elástica que se propaga guiada entre duas superfícies paralelas livres. Ondas de Lamb são formadas quando o atuador excita a superfície da estrutura com um pulso depois de receber um sinal. Quando uma onda propaga na superfície de uma placa, ela chega em um PZT sensor por diferentes caminhos. Um caminho é quando a onda atinge o sensor diretamente, ou seja, sem obstáculos no caminho em que ela se propaga. Outro caminho possível é quando a onda chega ao sensor após se propagar sobre descontinuidades existentes na superfície da estrutura. Com as várias características dos sinais recebidos, e com o uso de certas técnicas de processamento de sinais, essas falhas podem ser identificadas, realizando-se a ação correta tentando evitar a total falha da estrutura. Nesse contexto, diferentes testes experimentais foram realizados em diferentes tipos de estruturas. Redes de sensores e atuadores piezelétricos foram acopladas na superfície dessas estruturas...

Modelagem de estruturas piezelétricas para aplicação em localização de falhas

Marqui, Clayton Rodrigo
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 237 f. : il.
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89.69312%
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP); Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS; Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de técnicas para o monitoramento da integridade estrutural em sistemas inteligentes com sensores e atuadores piezelétricos acoplados. Os índices de sensibilidade estudados e utilizados no monitoramento da estrutura são: índice de falha métrica, calculado diretamente do sinal de impedância elétrica dos sensores/atuadores piezelétricos; índices do sensor, calculados com as normas de sistemas ou com as matrizes grammiana de observabilidade e os índices de entrada, calculados com as matrizes grammianas de controlabilidade. Tais índices são utilizados para detectar e localizar as falhas em aplicações numéricas e experimentais. As normas de sistemas e as matrizes grammianas de controlabilidade e observabilidade são obtidas através de um modelo numérico, como por exemplo, Método dos Elementos Finitos; ou um modelo identificado experimentalmente, via o método de realização para autossistemas, mais conhecido como ERA (Eigensytem Realization Algorithm). Em uma segunda etapa do procedimento proposto, as falhas são quantificadas utilizando Redes Neurais Artificiais...

Uma Contribuição aos Sistemas de Monitoramento de Integridade Estrutural Baseados na Impedância Eletromecânica

Baptista, Fabricio Guimarães
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Tese de Doutorado Formato: 91 f. : il.
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69.580957%
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS; A técnica da impedância eletromecânica (E/M) tem sido amplamente pesquisada para o desenvolvimento de sistemas de SHM (Structural Health Monitoring – monitoramento de integridade estrutural) em diversas aplicações. Embora existam muitos trabalhos que indiquem a eficiência e a viabilidade dessa técnica, alguns problemas práticos em aplicações reais ainda precisam ser investigados. A medição da impedância elétrica, etapa básica da técnica, geralmente é realizada por instrumentos comerciais volumosos, pesados e de alto custo, características proibitivas para muitas aplicações. A seleção da faixa de frequência em que a impedância deve ser medida para assegurar boa sensibilidade ao dano é feita por métodos de tentativa e erro ou por metodologias que utilizam dados medidos em uma quantidade considerável de testes. Além disso, o dimensionamento dos transdutores é feito sem um embasamento teórico, independentemente das características da estrutura monitorada. Neste trabalho é proposto um sistema de medição de impedância elétrica rápido, versátil e de baixo custo que substitui com eficiência os instrumentos comerciais. A partir de um circuito eletromecânico equivalente...

Monitoramento de integridade estrutural baseada em sensores piezelétricos e análise de sinais no domínio do tempo

Oliveira, Mário Anderson de
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Tese de Doutorado Formato: 129 f.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP); Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS; O presente trabalho propõe duas novas metodologias para identificação de danos estruturais aplicados aos sistemas de monitoramento de integridade estrutural. Essas metodologias utilizam somente os sinais de respostas dos transdutores piezelétricos colados na estrutura a ser monitorada. A primeira utiliza o princípio da impedância eletromecânica, sem necessidade de cálculo da resposta em frequência, nem da EMI, pois a análise é realizada a partir dos sinais de resposta dos PZT diretamente no domínio do tempo. Nessa metodologia, transdutores do tipo PZT são colados à estrutura a ser monitorada enquanto um sinal de excitação em uma faixa de frequência apropriada excita o conjunto PZT/estrutura. Um mesmo PZT é usado tanto para excitar a estrutura (atuador) quanto para receber os sinais de resposta da estrutura (sensor). A identificação de possíveis danos estruturais é realizada através de técnicas de processamento de sinais tais como: scores, pesos e pesos rotacionados calculados a partir da PCA. São utilizados ainda os coeficientes do modelo AR. A segunda metodologia é baseada no princípio da função de coerência...

Efeitos de descontinuidades na propagação de ondas em estruturas unidimensionais

Vasques, Carlos Henrique
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 116 f. : il.
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79.195967%
Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS; This work presents a study on wave propagation in one-dimensional structures, such as rods and beams, and analyses the effects of structural discontinuities on wave motion. The motivation of this project is the Structural Health Monitoring (SHM), technique used in engineering to detect the presence of damage in mechanical structures in several types of industries like: civil, automobile, aeronautical, thus, avoiding future problems and financial costs. There are several techniques for SHM application, and some of them use wave propagation. The use of waves is a tool sought by companies as a non-destructive technique and for being able to characterise geometric discontinuities. Elastic waves scatter their energy when they reach a discontinuity, and this is characterised by the reflection and transmission coefficients of the discontinuity. In this context, these coefficients are studied for two situations: with longitudinal waves guided by rods and with bending waves guided by beams. In this work, two different types of damage are modelled through basic mechanical elements such as mass, spring and damper. Additionally, structures with geometric discontinuity are investigated and compared with the models previously developed in order to gain physical insight into their dynamic behaviour; Este trabalho apresenta o estudo da propagação de ondas em estruturas unidimensionais...

Estudo de sensores PZT aplicados à detecção de danos em tubulações

Pita Ruiz, Julián Leonel
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 70 f. il.
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90.44109%
Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS; In this work proposes the Structural Health Monitoring (SHM) in piping systems using the technique of Electromechanical Impedance (EMI), which is a form of non destructive Evaluation (NDE). The EMI technique is based on the Frequency Response Function (FRF) known for its simplicity and for the use of low cost piezoelectric transducers. Through the implementation of a SHM system on the pipes, if possible to monitor the structural integrity continuously, reducing the risk of accidents to the people and the environment. The proposed technique is based on the PZT transducers type, which are pasted on the curved surface of the main body of the pipe with a high stiffness adhesive. The sensors, properly positioned, are excited in a certain range frequency, generating a response that is measured by the electrical impedance. The process of monitoring the structural integrity of the pipes is done through periodic measurements of the impedance and the detection of damage is based on the responses changes. To detect the damage, the different measurements are analyzed using the traditional metric damage indexes in the area of ? SHM, the RMSD (Root Mean Square Deviation) and the CCDM (Correlation Coefficient Deviation Metric). The technique has demonstrated its ability to correctly identify the presence of damage on the main body of the pipes segments of the structures; Neste trabalho propõe-se o monitoramento da integridade estrutural (SHM) em sistemas de tubulações usando-se a técnica da impedância Eletromecânica (EMI)...

Monitoramento e identificação de falhas em estruturas aeronáuticas e mecânicas utilizando técnicas de computação inteligente

Lima, Fernando Parra dos Anjos
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 72 f. : il.
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Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS; In this dissertation presents two methodologies to develop health monitoring of aircraft structures and mechanical systems, using intelligent computing techniques such as artificial neural networks and artificial immune systems. In this context, uses an ARTMAP-Fuzzy artificial neural network and the negative selection algorithm. Both techniques are used for the analysis, identification and characterization of structural failure due to the structure. The main application of these methods is to assist in the inspection of mechanical and aeronautical structures, to detect and characterize flaws as well, making decisions in order to avoid disasters/accidents. With these proposals one seeks to designing new systems for structural health monitoring that can be modified easily to cater to permanent evolution technologies and industry. To evaluate the proposed methodologies, experiments were performed in the laboratory to generate a database of captured signals in an aluminum beam. The results obtained by the methods are excellent, with robustness and accuracy; Nesta dissertação de mestrado apresentam-se duas metodologias para o desenvolvimento de sistemas de monitoramento de integridade de estruturas mecânicas e aeronáuticas...

Detecção de danos em estruturas guiadas usando ondas de alta frequência

Ayala Castillo, Pedro Christian
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 83 f. : il.
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79.603467%
Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS; Wave propagation research for Structural Health Monitoring (SHM) has been increasing recently. It allows the detection of damage at its early stages of development. This dissertation describes a theoretical study of wave propagation for the purpose of detection and quantification of damage in a beam structure. Of particular interest is the way in which waves interact with damage that is symmetrical with respect to the neutral axis. An analysis of a one-dimensional structural waveguide incorporating a piezoelectric actuator and sensors in a pitch-catch and pulse-echo configuration is presented. The model is developed in the frequency domain, which is then transformed into the time domain using the inverse Fourier transform. This enables the effect of damage on wave propagation between the actuator and the sensor to be investigated in both the time and the frequency domains. The size of the actuator and the sensor, and the size of damage are investigated for a thin aluminum beam. It is shown that the time-domain approach is preferable to a frequency domain approach for damage detection in this kind of structure. It is found that longitudinal waves are more sensitive to a change in thickness for a symmetrical system and it is better to measure reflected rather than transmitted waves. Further...

Estudo de métodos de identificação multivariável baseados em subespaços aplicados ao monitoramento da integridade de estruturas; Study of subspace-based identification methods applied to structural health monitoring

Nilson Roberto Inocente Junior
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 29/07/2011 PT
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90.00578%
O monitoramento da integridade de estruturas, também referido na literatura pelo termo Structural Health Monitoring (SHM), é um campo multidisciplinar de pesquisa que abrange técnicas, tecnologias e métodos que permitam um diagnóstico contínuo e inteligente da integridade de estruturas mecânicas. O desenvolvimento de estruturas mecânicas com maior durabilidade, maior segurança e menor custo de manutenção são as principais razões que justificam o investimento na pesquisa e desenvolvimento nessa área, por diversos setores da indústria e de serviços. Neste trabalho é estudada a aplicação de técnicas de identificação multivariável baseadas em subespaços, juntamente com geração e análise de resíduos de paridade como ferramentas para a realização da detecção de danos em estruturas mecânicas, o que representa a base de todo o procedimento de um diagnóstico estrutural completo. A realização deste trabalho envolveu a construção de uma bancada experimental para análise de danos em elementos de placa, com múltiplos sensores e atuadores. Como um dos passos principais deste trabalho também esteve o desenvolvimento de um método de identificação por subespaços com segmentação espectral, o que viabilizou uma melhoria na qualidade e redução no custo computacional da identificação da estrutura. Além disso...

Avaliação numérica da integridade estrutural de vigas e treliças planas

Restrepo, Juan Diego Moreno
Fonte: Universidade de Brasília Publicador: Universidade de Brasília
Tipo: Dissertação
POR
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68.74401%
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2006.; Durante os últimos trinta anos, o monitoramento da saúde estrutural (ou Structural Health Monitoring, SMH) tem-se desenvolvido rapidamente com o objetivo de estabelecer tanto o local do dano quanto a sua magnitude. Esses danos podem ser produzidos nas estruturas pelos processos de deterioração, aos quais estão submetidas durante toda a vida útil, afetando a capacidade de carga e ao mesmo tempo a segurança desta. Nesta dissertação, são aplicados dois métodos baseados nas mudanças das propriedades dinâmicas das estruturas produzidas pelo dano. Para o estudo do método de identificação de dano em estruturas usando a mudança na flexibilidade (Pandey e Biswas, 1994), é feita uma análise numérica em vigas com diferentes condições de apoio, níveis e locais de dano. Já para estruturas reticuladas, é aplicado o método de identificação de dano em estruturas submetidas a vibrações ambientes usando vetores de localização de dano, segundo a metodologia de Bernal (2000), e segundo a metodologia de Gao e Spencer (2002). Neste caso, para a análise numérica, simulam-se cenários de dano simples e múltiplo...

Uma contribuição aos sistemas de monitoramento de integridade estrutural aplicada a estruturas aeronáuticas e espaciais; A contribution to structural health monitoring systems applied to aeronautic and space structures

Moura Júnior, José dos Reis Vieira
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Tese de Doutorado
POR
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110.22414%
Este trabalho apresenta uma contribuição para as técnicas de monitoramento de integridade estrutural (SHM – Structural Health Monitoring) de componentes aeronáuticos e espaciais. Desta forma, pretende-se apresentar algumas áreas de atuação ainda pouco exploradas, como aplicações em estruturas mecânicas simples, metodologia de acoplamento de tecnologias web para o monitoramento online de estruturas e depósito de informações via banco de dados, além da avaliação e proposta de implantação de técnicas recentes de SHM (Ondas de Lamb e Impedância Eletromecânica) em vários tipos de estruturas reais sob um enfoque prático e focado a aplicações reais em engenharia. É importante ressaltar que, devido à ausência de modelos numéricos precisos, os estudos aqui apresentados partem de uma proposta experimental, utilizando-se técnicas de inovação, métodos de inteligência artificial, análise de sinais, estatística e programação cliente-servidor via internet. Finalmente, os resultados obtidos demonstram o grande potencial de uso destas técnicas de SHM em conjunto com metodologias matemáticas e computacionais já consagradas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT; This work presents a contribution to SHM (Structural Health Monitoring) techniques devoted to aircraft and space components. This way...

Monitoramento de integridade estrutural de materiais compostos sujeitos a impactos empregando a técnica da impedância eletromecânica; Structural health monitoring of composite materials subjected to impacts using the electromechanical impedance technique

Tsuruta, Karina Mayumi
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Dissertação
POR
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110.18394%
Atualmente, os materiais compostos vêm substituindo os materiais tradicionais, principalmente em aplicações que exigem melhor desempenho, segurança, economia e durabilidade. No entanto, estes materiais apresentam mecanismos de dano complexos que podem ser difíceis de detectar em estágios iniciais. Os danos podem ocorrer durante a fabricação ou utilização, ou mesmo durante a manutenção. Em estruturas aeronáuticas, as maiores causas de dano estão ligadas a objetos que colidem com a estrutura, como a colisão de pássaros, granizo, pedras na pista de pouso/decolagem e por ferramentas durante a manutenção. Em vista disto, é grande o interesse em detectar danos incipientes provocados por impactos em componentes estruturais constituídos de materiais compostos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o de avaliar o uso de uma técnica de monitoramento de integridade estrutural baseada no conceito de impedância eletromecânica para a detecção e quantificação de danos causados por impactos de baixa energia em placas de material composto. O método da impedância eletromecânica é uma técnica não destrutiva que utiliza o acoplamento eletromecânico de materiais piezelétrico colados à superficie da estrutura monitorada. A metodologia adotada consiste em realizar impactos em corpos de prova de materiais compostos empregando um dispositivo pendular ad hoc que permite obter diversos valores da energia de impacto. Para cada corpo de prova...

Utilização das técnicas de impedância eletromecânica e ondas de Lamb para identificação de dano em estruturas com rebites; On the use of the electromechanical impedance and Lamb waves techniques for damage detection on riveted structures

Leucas, Leonardo de Freitas
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Dissertação
POR
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69.63236%
O presente trabalho tem por objetivo o estudo do desempenho de duas técnicas já conhecidas de monitoramento de integridade estrutural (SHM – Structural Health Monitoring) aplicadas à detecção de danos em estruturas metálicas rebitadas, como vigas e painéis aeronáuticos. Ambas as técnicas se servem de materiais piezelétricos para a excitação mecânica (efeito atuador) e coleta de sinais (efeito sensor) na estrutura. Na técnica de impedância eletromecânica, a impedância elétrica do elemento piezelétrico é associada diretamente à impedância mecânica da estrutura analisada. Desta forma, ao se verificar a variação deste parâmetro, consegue-se verificar a presença do dano pela comparação das assinaturas dos sinais de impedância para os casos com e sem dano. Métricas especialmente desenvolvidas são capazes de quantificar estas duas situações. Já na abordagem por ondas de Lamb, são observados os fenômenos de propagação de ondas mecânicas (como reflexão e atenuação) em meios sólidos. Ao se verificar uma mudança nos padrões correspondentes, consegue-se identificar a presença de dano na estrutura por meio da metodologia avaliativa conhecida como DI (Damage Index). Primeiramente foi estudada uma estrutura simples – uma viga de alumínio com um único rebite – buscando validar ambas as técnicas para identificação do dano caracterizado pela retirada (perda) deste rebite. Foi estudada também...

Análise das métricas de dano associadas à técnica da impedância eletromecânica para o monitoramento de integridade estrutural

Palomino, Lizeth Vargas
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Dissertação
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100.54115%
O conceito básico da técnica de integridade estrutural baseado na impedância tem a ver com o monitoramento da variação da impedância eletromecânica da estrutura, causada pela presença de dano, através de pastilhas de material piezelétrico coladas na superfície da estrutura ou nela incorporadas. A impedância é medida, sendo esta diretamente relacionada com a impedância mecânica da estrutura. A partir da variação dos sinais de impedância pode-se concluir pela existência ou não de uma falha. Para quantificar esta falha, uma métrica é especialmente definida para atribuir-lhe um valor escalar característico. O objetivo deste trabalho é avaliar as métricas propostas na literatura. Este trabalho pretende inicialmente identificar danos pequenos em estruturas simples, avaliando as métricas de dano e procurando determinar a que apresenta melhor comportamento para fins de identificação. Posteriormente, com um processo similar, procura-se identificar danos incipientes em uma estrutura aeronáutica, tal como a perda de um rebite. Novamente são avaliadas as métricas propostas pela literatura. Para esta estrutura avaliou-se também estatisticamente se as métricas eram realmente capazes de identificar o dano. Aplicou-se ainda o método de monitoramento de integridade estrutural baseado em impedância eletromecânica em ensaios de fadiga...

Técnicas de inteligência artificial aplicadas ao método de monitoramento de integridade estrutural baseado na impedância eletromecânica para monitoramento de danos em estruturas aeronáuticas; Artificial intelligence techniques applied to the impedance-based structural health monitoring technique for monitoring damage in aircraft structures

Palomino, Lizeth Vargas
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Tese de Doutorado
POR
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100.6332%
O conceito básico da técnica de integridade estrutural baseada na impedância tem a ver com o monitoramento da variação da impedância eletromecânica da estrutura, causada pela presença alterações estruturais, através de pastilhas de material piezelétrico coladas na superfície da estrutura ou nela incorporadas. A impedância medida se relaciona com a impedância mecânica da estrutura. A partir da variação dos sinais de impedância pode-se concluir pela existência ou não de uma falha. Para quantificar esta falha, métricas de dano são especialmente definidas, permitindo atribuir-lhe um valor escalar característico. Este trabalho pretende inicialmente avaliar a influência de algumas condições ambientais, tais como os campos magnéticos e os meios iônicos na medição de impedância. Os resultados obtidos mostram que os campos magnéticos não tem influência na medição de impedância e que os meios iônicos influenciam os resultados; entretanto, ao blindar o sensor, este efeito se reduz consideravelmente. Também foi estudada a influencia da geometria, ou seja, do formato do PZT e da posição do sensor com respeito ao dano. Verificou-se que o formato do PZT não tem nenhuma influência na medição e que a posição do sensor é importante para detectar corretamente o dano. Neste trabalho se apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição de impedância de baixo custo e portátil que tem a capacidade de medir e armazenar a medição de 16 PZTs sem a necessidade de intervenção humana. Um aspecto de fundamental importância no contexto deste trabalho é a caracterização do dano a partir dos sinais de impedância coletados. Neste sentido...

Monitoramento de integridade estrutural baseado na técnica da impedância eletromecânica incorporando compensação do efeito da variação da temperatura; Impedance-based structural health monitoring incorporating compensation of the temperature variation effect

Rabelo, Diogo de Souza
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Dissertação
POR
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100.59402%
O Monitoramento de Integridade Estrutural é uma ferramenta útil para se reduzir custos, ampliar a vida e melhorar o desempenho de estruturas de engenharia. A técnica baseada em impedância utiliza o comportamento eletromecânico de materiais piezelétricos para detectar mudanças adversas e falhas de materiais e mecânicas de estruturas. Condições ambientais tais como variações em temperatura apresentam um desafio para se fornecer um diagnóstico capaz de distinguir entre dano estrutural e efeitos de temperatura. Um método de deslocamento efetivo em frequência foi desenvolvido para compensar as medições de impedância devido a mudanças resultantes de flutuações da temperatura ambiente. Esta dissertação investiga como a precisão deste método pode ser melhorada em termos de faixa de temperatura e largura de banda em frequência usada no processo do monitoramento. Para se reduzir os efeitos da temperatura nas medições de impedância, esta dissertação investiga a possibilidade de se usar diversos baselines para se realizar um diagnóstico mais preciso para a integridade estrutural mesmo em aplicações sob variações de temperatura. _____________________________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT; Structural Health monitoring is a useful tool for reducing maintenance costs and improving life and performance of engineering structures. Impedance-Based SHM utilizes the coupled electromechanical behavior of piezoelectric materials to detect adverse changes due to material and mechanical failures of structures. Environmental conditions such as temperature present a challenge in providing diagnostics capable of distinguishing between structural damage and temperature effects. An effective frequency shift method was developed to compensate impedance measurements for changes resulting from environmental temperature fluctuations. This dissertation investigates how the accuracy of this method can be improved in terms of temperature range and frequency band used in the monitoring process. In order to reduce temperature effects from impedance measurements...