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Publicação
Identificação de dano numa viga utilizando respostas dinâmicas
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
O aparecimento e desenvolvimento do dano em estruturas, sem a devida monitorização, pode
ter resultados desastrosos, quer em termos monetários, sociais, culturais e ambientais. Como tal,
é necessário desenvolver técnicas que permitam a necessária monitorização estrutural, que deverá
ser contínua e, preferencialmente, acessível monetariamente.
Os objetivos desta dissertação são conseguir detetar, localizar e quantificar o dano numa
estrutura. De forma a atingi-lo, utiliza-se um método de deteção de dano anteriormente
desenvolvido no Núcleo de Mecânica Estrutural da FCT-NOVA. Este método pode ter como
input as Funções de Resposta em Frequência (FRFs) de translação ou rotação, obtidas após a
excitação dinâmica de uma estrutura. Porém, no trabalho desenvolvido pretende-se testar uma
nova possibilidade que consiste na utilização das funções de resposta em frequência em termos
de extensão, quando a estrutura é sujeita a uma excitação dinâmica, normalmente chamadas de
“strain FRFs”. Utilizando a mesma metodologia, pretende-se identificar o dano e comparar os
resultados obtidos em termos de FRFs de translação, rotação e extensão e determinar se as últimas,
tal como as primeiras, permitem detetar, localizar e quantificar o dano. A motivação na base da
análise com as medições de extensão é devida a que, em termos experimentais, os extensómetros
apresentam duas grandes vantagens: o custo monetário relativamente baixo e a reduzida massa
que possuem quando comparados com os acelerómetros piezoelétricos.
A estrutura em estudo é uma viga e as simulações numéricas para obtenção de resultados são
realizadas com o auxílio do programa Ansys APDL. São criados vários cenários de dano ao longo
da viga, variando os mesmos de localização e severidade e obtidas as FRFs em termos de
translação, rotação e extensão em vários pontos de medição ao longo da superfície da viga.
Posteriormente é aplicado o método desenvolvido e anteriormente mencionado utilizando os
softwares MatLab e Microsoft Excel.
Por fim, realiza-se uma análise comparativa dos resultados obtidos utilizando os 3 tipos de
medições para as várias situações de dano apresentadas. Adicionalmente, é estudada a influência
da gama de frequências a utilizar, a percentagem e localização do dano inserido, assim como a
quantidade e posição das forças aplicadas.
Com base nos resultados obtidos, é possível concluir que o método proposto permite, na maior
parte dos casos, detetar, localizar e quantificar o dano utilizando strain FRFs.
The presence and development of damage in structures, without the proper monitorization, can potentially result in catastrophic outcomings, financial, social, cultural, and environmental ones. Given so, it becomes essential to develop technics that allow for structural monitorization, that should be continuous, and preferably, affordable. The goal of this dissertation is to detect, localize and quantify damage in structures. To achieve it, a damage detection method previously developed by the FCT-NOVA’s Núcleo de Mecânica Estrutural is used. This method can have as input translations and rotation Frequency Response Functions (FRFs), measurements obtained considering dynamic excitement of a structure. However, in the present work it is intended to test a new possibility that consists of using strain frequency response functions, commonly referred as strain FRFs, obtained after the dynamic excitement of the structure. Using the same method, the aim is to identify the damage and compare the obtained results in terms of translation, rotation, and strain FRFs, and determine if the last, similarly to the previous, allow to detect, localize and quantify damage. The motivation behind the analysis using strain measurements is due to, in practical terms, the fact that strain gauges present two big advantages: the relatively low monetary cost and its reduced mass comparing to the piezoelectric accelerometers. The structure under scope is a beam and the numerical simulations to obtain the results are performed using the Ansys APDL software. Multiple damage scenarios are created along the beam, differing between them on location and severity and FRFs are obtained in terms of translations, rotation, and strain in several points along the beam. Subsequently the developed method is apply using the MatLab and Microsoft Excel software. At last, a comparison of the results using the 3 types of measurements for the several damage scenarios is done. Additionally, the influence of the amplitude of the frequency range is studied, as well as the percentage and localization of the inserted damage and the quantity and position of forces applied. Based on the obtained results, it is possible to conclude that the proposed method allows, for most cases, to successfully detect, localize and quantify damage using strain FRFs.
The presence and development of damage in structures, without the proper monitorization, can potentially result in catastrophic outcomings, financial, social, cultural, and environmental ones. Given so, it becomes essential to develop technics that allow for structural monitorization, that should be continuous, and preferably, affordable. The goal of this dissertation is to detect, localize and quantify damage in structures. To achieve it, a damage detection method previously developed by the FCT-NOVA’s Núcleo de Mecânica Estrutural is used. This method can have as input translations and rotation Frequency Response Functions (FRFs), measurements obtained considering dynamic excitement of a structure. However, in the present work it is intended to test a new possibility that consists of using strain frequency response functions, commonly referred as strain FRFs, obtained after the dynamic excitement of the structure. Using the same method, the aim is to identify the damage and compare the obtained results in terms of translation, rotation, and strain FRFs, and determine if the last, similarly to the previous, allow to detect, localize and quantify damage. The motivation behind the analysis using strain measurements is due to, in practical terms, the fact that strain gauges present two big advantages: the relatively low monetary cost and its reduced mass comparing to the piezoelectric accelerometers. The structure under scope is a beam and the numerical simulations to obtain the results are performed using the Ansys APDL software. Multiple damage scenarios are created along the beam, differing between them on location and severity and FRFs are obtained in terms of translations, rotation, and strain in several points along the beam. Subsequently the developed method is apply using the MatLab and Microsoft Excel software. At last, a comparison of the results using the 3 types of measurements for the several damage scenarios is done. Additionally, the influence of the amplitude of the frequency range is studied, as well as the percentage and localization of the inserted damage and the quantity and position of forces applied. Based on the obtained results, it is possible to conclude that the proposed method allows, for most cases, to successfully detect, localize and quantify damage using strain FRFs.
Descrição
Palavras-chave
identificação de dano indicadores funções de resposta em frequência strain FRFs