Orientador: Jose Roberto de França Arruda

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: A vida útil de um elemento estrutural é, em geral, abreviada devido a uma redução da capacidade de carga para a qual o elemento é inicialmente projetado. Em dinâmica estrutural esta redução chama-se falha estrutural. Falhas estruturais promovem a degradação da estrutura e informações sobre...

Resumo: A vida útil de um elemento estrutural é, em geral, abreviada devido a uma redução da capacidade de carga para a qual o elemento é inicialmente projetado. Em dinâmica estrutural esta redução chama-se falha estrutural. Falhas estruturais promovem a degradação da estrutura e informações sobre sua existência e localização podem ser usadas para garantir a integridade da estrutura. Neste trabalho investiga-se a possibilidade de detectar e localizar fa14as em estruturas. A hipótese básica é que falhas estruturais causam mudanças nas propriedades físicas da estrutura que, por sua vez, afetam freqüências naturais e modos de vibração. A localização de falhas se desenvolve através de métodos de ajuste de modelos por matriz ótima, que conjugam as matrizes de massa e rigidez teóricas da estrutura na condição intacta com freqüências naturais e modos de vibração medidos da estrutura na condição deteriorada. Os dados teóricos são obtidos pelo método de elementos finitos e os dados experimentais por técnicas de análise modal experimental. Introduz-se um novo método de ajuste de modelos e propõe-se uma reformulação no método de Kabe através da incorporação do conceito de pseudo-esparsidade que decorre do cancelamento de forças devido à simetria do modelo estrutural. Exemplos experimentais e de simulação numérica são utilizados para validar a metodologia proposta e investigar a influência do truncamento modal, no que tange à localização de falhas estruturais. Variações nos parâmetros modais são indicadores sensíveis de alterações estruturais. Na ausência de ruído, os métodos que ajustam a matriz de rigidez elemento-a-elemento reproduzem exatamente os coeficientes de rigidez e preservam o modelo de esparsidade da estrutura, o que não ocorre com os métodos denominados de globais. Contudo, ambos os tipos de métodos proporcionam a exata localização de falhas estruturais. Na presença de modos contaminados com ruído, os métodos de caráter global têm melhor desempenho no processo de localização de falhas estruturais

Abstract: The service life of a structural element is, in general, shortened when there is a reduction of the load capacity to which it was originally designed. In structural dynamics this reduction is referred to as a structural fault. Structural faults cause the deterioration of the structure and,...

Abstract: The service life of a structural element is, in general, shortened when there is a reduction of the load capacity to which it was originally designed. In structural dynamics this reduction is referred to as a structural fault. Structural faults cause the deterioration of the structure and, therefore, information about their existence and location may be used to ensure its integrity. The basic hypothesis implied here is that structural faults cause changes in the p~ysical properties of the structure which, in turn, affect its natural frequencies and mode shapes. In this work, fault localization is done using optmal-matrix update methods which involve the analytical mass and stiffness matrices of the original structure and the natural frequencies and mode shapes of the flawed structure. The analytical model is obtained using the finite element method and the experimental data is obtained using experimental modal analysis. A new model update method is presented as well as a modification of Alvar Kabe's method, which incorporates the concept of pseudo-sparsity caused by force cancellation when assembling the stiffness matrix. Numerical simulation and experimental results are used to validate the proposed method and to investigate the influence of the modal base truncation in the fault localization processo It is shown that, in the absence of noise, the methods that adjust the stiffness matrix element-by-element reproduce exact1y the stiffness coefficients and preserve the matrix sparsity. This is not the case when using the methods called global. Nevertheless, both types of methods allow the exact localization of the structural faults. In the presence of noise in the experimental modes, the global methods have a better performance in the process of localizing structural faults