Avaliação da influência da temperatura sobre os parâmetros modais de estruturas

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Publicada em 08/04/2016

Discente: Fabrício Alejandro Ortiz Morales

Resumo:

Os parâmetros modais obtidos através de ensaios dinâmicos vêm sendo usados há algumas décadas como indicadores de danos estruturais e como indicadores da integridade das estruturas, baseado na premissa de que os danos provocam reduções da rigidez estrutural. No entanto, os parâmetros modais também são sensíveis a variáveis ambientais, tais como umidade, vento e temperatura. Esta última provoca, por sua vez, pequenas mudanças no módulo de elasticidade dos materiais, fazendo com que muitas vezes as variações devidas à temperatura sejam maiores que aquelas causadas pelos danos. Para evitar que o efeito térmico mascare a detecção de danos ou, ainda, dê falsos alarmes de dano estrutural, muitos pesquisadores ao redor do mundo têm desenvolvido diversas metodologias com o objetivo de contornar este problema. Dentre algumas delas, encontram-se modelos de elementos finitos, análise de componentes principais, diagramas de controle, testes de hipótese, modelos de regressões, indicadores evoluídos, entre outros. Algumas delas requerem o monitoramento contínuo das estruturas. O monitoramento estrutural é um problema de reconhecimento de padrões estatísticos que envolve a complexa interação entre propriedades dos materiais, propriedades geométricas da estrutura e variáveis ambientais. Este trabalho visa estudar a relação entre temperatura e parâmetros modais através de ensaios dinâmicos em uma viga de aço, submetida a diferentes temperaturas e a alguns cenários de dano estrutural. Os dados obtidos são analisados utilizando técnicas estatísticas básicas e avançadas, visando a detecção dos danos sob diferentes temperaturas. O diferencial desta pesquisa em relação a outros trabalhos, é que os ensaios são realizados em condições controladas de temperatura, nível de dano e de excitação, já que muitas referências da literatura, nesta área, relatam ensaios realizados em estruturas sujeitas a condições ambientais. Os resultados obtidos mostram o quão difícil este problema é, principalmente quando a variação dos parâmetros modais causada pela mudança de temperatura é similar àquela acarretada pela existência de um dano estrutural.

Abstract:

Modal parameters obtained through vibration tests have been used from decades ago as indicators of structural damage and for structural condition assessment, based on the premise that damage causes reductions in the structure stiffness. However, modal parameters are sensitive to environmental variables as humidity, wind and temperature. The latter, causes little changes in the material’s Young modulus, which sometimes leads to variations due to temperature higher than variations due to damage. In order to study thermal effects over damage signatures or false-positive alarms, many researchers around the world developed techniques to overcome this problem. Among them, one can mention finite element models, principal component analysis, control charts, hypothesis tests, regression analysis models, novelty detection of outliers, etc. Some of them require a continuous monitoring of the structures. The structural health monitoring is basically a statistical pattern recognition problem, which involves a complex interaction between materials properties, geometric properties of the structure and environmental features. This work aims to study the relationship between temperature and modal parameters by performing dynamic testing on a steel beam under controlled temperature at different damage levels. The data obtained will be analyzed with basics and advanced statistical techniques aiming damage detection. This works differs from others since the dynamic tests will be performed under controlled conditions of temperature, damage and excitation, whereas many others in the literature present data collected from dynamic tests on structures under environmental conditions. Results show how hard can this problem be, especially when the deviation of modal parameters caused by temperature changes is similar to those yielded by a structural damage. Keywords: Modal parameters, structural health monitoring, damage detection, temperature effects.

Palavras-chave:

parâmetros modais; monitoramento estrutural; detecção de danos; efeito da temperatura

Áreas de Concentração:

- Mestrado: Construção Metálica

Orientadores:

- Alexandre Abrahão Cury
- Ricardo André Fiorotti Peixoto

Banca Examinadora:

Prof. Alexandre Abrahão Cury, UFJF (Presidente)
Prof. Francisco de Assis das Neves, UFOP
Prof. Flávio de Souza Barbosa, UFJF

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