Publicação: Estudo da influência do arranjo de proteção em transdutores piezoelétricos aplicados na técnica da impedância eletromecânica em estruturas de concreto
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
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O estudo proposto visa investigar várias modificações para melhorar as propriedades mecânicas do transdutor piezelétrico utilizado na técnica de ISHM para estruturas de concreto. Especificamente, o foco está em desenvolver uma nova camada de proteção para o transdutor piezelétrico, aprimorando suas propriedades de resistência e deformação, garantindo também um acoplamento eletromecânico eficiente entre a interface e o transdutor piezelétrico. A eficácia da nova camada de proteção é avaliada usando o método de elementos finitos (MEF) no software COMSOL Multiphysics®. Essa simulação permite explorar diferentes modificações, como variar a composição mecânica do revestimento, alterar a espessura da camada de proteção e selecionar diferentes elementos para formação de compósito. Posteriormente, a camada de proteção foi testada em ensaios experimentais para validar os resultados obtidos na simulação computacional. O desempenho do transdutor foi avaliado analisando a resposta da propagação de ondas, comparando o sinal de impedância obtido pelo transdutor em elementos de concreto sem e com danos. Para garantir a confiabilidade dos dados, várias métricas estatísticas foram empregadas para avaliar sua precisão e acurácia. O conjunto de proteção consistiu numa adição de lâmina de alumínio junto ao revestimento de epóxi, visando melhorar a resposta de assinatura. Seguindo essa abordagem foi possível constatar que modelo proposto sendo empregado uma placa de alumínio junto à resina epóxi apresentou respostas adequadas para detecção de danos de forma satisfatória e robustez no MEF. Ao analisar os resultados obtidos no experimento, constata-se que essa pesquisa valida o modelo proposto por meio das métricas analisadas, permitindo assim uma confiabilidade maior das respostas obtidas.
Abstract
The proposed study aims to investigate various modifications to improve the mechanical properties of the piezoelectric transducer used in the ISHM technique for concrete structures. Specifically, the focus is on developing a new protective layer for the piezoelectric transducer, enhancing its strength and deformation properties while also ensuring efficient electromechanical coupling between the interface and the piezoelectric transducer. The effectiveness of the new protective layer is evaluated using the finite element method (FEM) in the COMSOL Multiphysics® software. This simulation allows for exploring different modifications, such as varying the mechanical composition of the coating, altering the thickness of the protective layer, and selecting different elements for composite formation. Subsequently, the protective layer was tested in experimental trials to validate the results obtained from the computational simulation. The transducer's performance was assessed by analyzing the wave propagation response, comparing the impedance signal obtained by the transducer in concrete elements both with and without damage. To ensure data reliability, various statistical metrics were employed to evaluate its precision and accuracy. The protective set consisted of adding an aluminum sheet along with the epoxy coating to improve the signature response. Following this approach, it was possible to verify that the proposed model, using an aluminum plate along with the epoxy resin, presented satisfactory damage detection responses and robustness in the FEM. Analyzing the experimental results, it is evident that this research validates the proposed model through the analyzed metrics, thus providing greater reliability in the obtained responses.
Palavras-chave
COMSOL, Estruturas Inteligentes, Smart Structures, ISHM, MEF, Monitoramento de Integridade Estrutural, Structural Integrity Monitoring, Transdutor piezoelétrico, Piezoelectric transducer
Citação
GOMES, Lucas. Estudo da influência do arranjo de proteção em transdutores piezoelétricos aplicados na técnica da impedância eletromecânica em estruturas de concreto. 2024. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5098.
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