Publicação: Damage detection using the impedance-based SHM approach under dynamic and static loads
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::ESTRUTURAS AEROESPACIAIS::PROJETO DE ESTRUTURAS AEROESPACIAIS
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Resumo
Os métodos de monitoramento de integridade estrutural (Structural Health Monitoring - SHM) são
utilizados para inspecionar e detectar danos em estruturas.. E um dos métodos que está mostrando
resultados promissores é o de monitoramento de integridade estrutural baseado em Impedância
eletromecânica (Impedance-based Structural Health Monitoring - ISHM). Esta ferramenta destacase
como uma técnica versátil, que pode ser facilmente aplicada em estruturas complexas devido à
portabilidade dos instrumentos, facilidade e agilidade no processamento de dados, gerando
informações em tempo real sobre a estrutura. Este método baseia-se no princípio da impedância
eletromecânica (EMI), que utiliza a interação entre as propriedades mecânicas e elétricas de um
transdutor piezoelétrico acoplado ou incorporado em uma estrutura para medir as assinaturas de
impedância. Com essas assinaturas, é possível avaliar qualitativamente a presença do dano. E para
quantificar as mudanças nas assinaturas de impedância, são utilizadas funções matemáticas
chamada métricas de danos. Apesar das vantagens do método de impedância, esta técnica ainda
apresenta algumas desvantagens, como influência nas medições da variação de temperatura, de
cargas estáticas e dinâmicas, provocando falsos positivos na detecção de dano. Com isso, este
artigo se concentra na aplicação do método SHM baseado em Impedância, realizando dois
experimentos em estruturas sob vibrações externas, cargas estáticas e variações de temperatura
para analisar sua influência nas assinaturas de impedância. Para isso, foi feito uma viga de alumínio
com um transdutor piezoelétrico. Além disso, para avaliar a detecção de danos da técnica sob várias
condições de contorno, foi simulado um dano na estrutura , no caso, foi removido a porca e o
parafuso da viga.
Abstract
The Structural Health Monitoring (SHM) methods are used to inspect and detect structural damage.
And one of the methods that is showing promising results is the Structural Health Monitoring based
on Electromechanical Impedance (Impedance-based Structural Health Monitoring - ISHM). This
tool stands out as a versatile technique, which can be easily applied in complex structures due to
the portability of instruments, ease and agility in data processing, generating real-time information
about the structure. This method is based on the principle of Electromechanical Impedance (EMI),
which uses the interaction between the mechanical and electrical properties of a piezoelectric
transducer, coupled or incorporated in a structure, to measure impedance signatures. With these
signatures, it is possible to qualitatively evaluate the presence of the damage. And to quantify
changes in impedance signatures, it is used mathematical functions called damage metrics. Despite
the advantages of the impedance method, this technique still has some disadvantages, such as
influence on temperature variation, static and dynamic loads, causing false positives in the damage
detection. This article focuses on the application of the Impedance based SHM method, performing
two experiments on structures under external vibrations, static loads and temperature variations to
analyze their influence on impedance signatures. For this, an aluminum beam was made with a
piezoelectric transducer bonded on its surface. In addition, to evaluate the damage detection of the
technique under various boundary conditions, a damage was simulated in the structure, which nut
and bolt were removed from the beam.
Palavras-chave
Non-destructive evaluation, Structural Health Monitoring, Electromechanical impedance method, Damage detection, External vibrations, Structural Strain, Avaliação não-destrutiva, Monitoramento de integridade estrutural, Método de impedância eletromecânica, Detecção de danos, Vibrações externas, Tensão mecânica
Citação
Alves Borges, V. H. Damage detection using the impedance-based SHM approach under dynamic and static loads. 2017. 32 f. Projeto de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.