Estudo comparativo de técnicas de identificação modal no domínio do tempo aplicadas a estruturas de engenharia civil

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Publicada em 18/03/2016

Discente: Lorrany Miquelante Yoshida

Resumo:

O monitoramento dinâmico na área da Engenharia Civil desempenha um papel muito importante no que diz respeito à manutenção de estruturas, tais como: pontes, barragens, estádios e estruturas offshore. Esse monitoramento é normalmente realizado a partir da análise das respostas das estruturas quando submetidas a ensaios de vibração e devidas, também, às ações ambientais. Quando o monitoramento dinâmico é feito a partir da análise das respostas submetidas à vibração forçada das estruturas, normalmente faz-se necessária a interrupção do seu funcionamento operacional. Em contrapartida, quando estas estão sujeitas às ações ambientais (tráfego de veículos, vento, entre outros), essa interrupção não é necessária na maioria dos casos. De maneira geral, o monitoramento dinâmico se faz a partir do acompanhamento dos parâmetros modais que são as frequências naturais, as taxas de amortecimento e os modos de vibração. Os ensaios estruturais, geralmente, nos fornecem medidas dinâmicas em função do tempo, como é o caso das acelerações, dos deslocamentos, das deformações, etc. Este fato motiva o desenvolvimento de técnicas de identificação modal que trabalham diretamente com estas medidas, eliminando assim possíveis erros gerados pela integração numérica, quando se passa do domínio do tempo para outros domínios. Este trabalho tem por objetivo realizar uma análise comparativa de algumas técnicas de identificação modal no domínio do tempo, existentes na literatura, utilizadas para a identificação modal de estruturas. Dentre elas, podemos citar: Método do Decremento Aleatório (RD) associado ao Método de Ibrahim (ITD) e o Método das Realizações Estocásticas (SSI). Com o intuito de avaliar estes métodos e compará-los, foram utilizados dados de simulações numéricas e de ensaios experimentais realizados em estruturas de pequeno e grande porte. Pretende-se, ao final deste trabalho, destacar a técnica mais robusta para identificação modal experimental de estruturas no que concerne à menor sensibilidade a efeitos externos, tais como a presença de ruídos nos sinais de vibração registrados e ao tipo de excitação atuante sobre a estrutura.

Abstract:

In Civil Engineering, dynamic monitoring has a very important role to the maintenance of structures such as bridges, dams, stadiums and offshore structures. The monitoring procedure is usually done by the analysis of the structures’ results when subjected to vibration tests and also environmental effects. If the dynamic monitoring is performed when the structure is under forced vibration, it is usually necessary to interrupt its operation. In contrast, when the structure is subjected to environmental action (vehicle traffic, wind, etc.) the interruption is not necessary in most cases. In general, the dynamic monitoring is done by the monitoring of modal parameters, which are the natural frequencies, damping ratios and mode shapes. Generally, the structural tests provide the dynamic measurements in function of time, like the accelerations, the displacements, the deformations, etc. This fact motivates the development of modal identification techniques that work directly with these measurements, thus eliminating possible numerical integration errors. These errors are generated by the numerical integration, when we transform the time domain for others domains. This study aims to conduct a comparative analysis of some modal identification techniques in the time domain, which exist in the literature, used for modal identification of structures. Among them, we can mention Random Decrement Method (RD) associated with Ibrahim Method (IT) and the Stochastic Subspace Identification (SSI). In order to evaluate these methods and compare them, numerical simulations and experimental tests will be used. Generally, the structural tests provide dynamic measurements in function of time, such as acceleration, displacements, deformations, etc. This fact motivates the development of modal identification techniques that Works directly with measures, eliminating some errors generated by numerical integration, when switching from the time domain to other domain. The intention of this study is to show the most robust technique for experimental modal identification of structures with the respect to the lower sensitivity to external effects such as the presence of noise in the recorded vibration signals and the type of active excitation of the structure. Key Words: Dynamics of structures; Modal Identification Methods, Time Domain

Palavras-chave:

Dinâmica das Estruturas; Métodos de Identificação Modal; Domínio do Tempo.

Áreas de Concentração:

- Mestrado: Construção Metálica

Orientadores:

- Alexandre Abrahão Cury

Banca Examinadora:

Prof. Alexandre Abrahão Cury, UFJF/UFOP (Presidente)
Prof. Gustavo Paulinelli Guimarães, UFOP
Prof. Cláudio José Martins, CEFET/MG

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