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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-2895-4207
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem numérica e análise experimental do monitoramento da integridade estrutural de sistemas mecânicos baseado em impedância eletromecânica
Alternate title (s): Numerical modeling and experimental analysis of structural integrity monitoring of mechanical systems based on electromechanical impedance
Author: Freitas, Fernanda Beatriz Aires de
First Advisor: Cavallini Junior, Aldemir Aparecido
First member of the Committee: Marqui Junior, Carlos De
Second member of the Committee: Bueno, Douglas Domingues
Third member of the Committee: Molina, Fabian Andres Lara
Fourth member of the Committee: Lobato, Fran Sérgio
Fifth member of the Committee: Steffen Junior, Valder
Summary: A técnica de monitoramento de integridade estrutural baseada em impedância eletromecânica (ISHM, do inglês Impedance-based Structural Health Monitoring) tem se mostrado eficaz na detecção de falhas em diversas estruturas de engenharia. No entanto, compreender seu comportamento é fundamental para otimizar sua aplicação. Por esta razão, neste trabalho, foi desenvolvido um modelo de elementos finitos no software ANSYS®, com o objetivo de representar os resultados obtidos pela técnica ISHM. Com uma representação precisa desta técnica, é possível selecionar o transdutor piezelétrico ideal, definindo adequadamente seu tipo, posição e tamanho para acoplá-lo à estrutura monitorada. Essa abordagem não só contribui para a redução de custos experimentais, mas também melhora a eficácia da técnica ISHM na identificação de danos. Além do modelo proposto, é apresentada uma análise de sensibilidade que identifica os parâmetros mais influentes. Também foram avaliadas diferentes espessuras da camada de cola, com comparação dos resultados experimentais e numéricos em condições saudável e danificada. Os resultados indicam que, apesar das diferenças considerando as assinaturas de impedância numéricas e experimentais, existe a mesma tendência entre simulação e experimento, confirmada pelos índices de dano, que também apresentam a mesma tendência. Essa abordagem aprimora a aplicação da técnica ISHM, proporcionando uma compreensão de seu comportamento, o que possibilita uma implementação mais precisa.
Abstract: The electromechanical impedance-based structural health monitoring technique (ISHM) has proven effective in detecting faults in various engineering structures. However, understanding its behavior is essential for optimizing its application. For this reason, a finite element model was developed in this work using ANSYS® software to represent the results obtained by the ISHM technique. With an accurate representation of this technique, it is possible to select the ideal piezoelectric transducer by appropriately defining its type, position, and size for coupling to the monitored structure. This approach not only contributes to reducing experimental costs but also enhances the effectiveness of damage identification. In addition to the proposed model, a sensitivity analysis is presented to identify the most influential parameters. Different adhesive layer thicknesses were also evaluated, comparing experimental and numerical results under healthy and damaged conditions. The results indicate that, despite variations in impedance signatures, there is a consistent trend between simulation and experiment, confirmed by the damage indices, which also follow the same trend. This approach enhances the application of the ISHM technique by providing a better understanding of its behavior, enabling a more precise implementation.
Keywords: ISHM
ISHM
Transdutor piezelétrico
Piezoelectric transducer
Análise de sensibilidade
Sensitivity analysis
Espessura da camada de cola
Adhesive layer thickness
Modelagem por elementos finitos
Finite element modeling
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Subject: Engenharia Mecânica
Adaptação de impedância
Transdutores
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: FREITAS, Fernanda Beatriz Aires de. Modelagem numérica e análise experimental do monitoramento da integridade estrutural de sistemas mecânicos baseado em impedância eletromecânica. 2025. 160 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.5506.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.5506
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44851
Date of defense: 27-Jan-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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