Aplicação de métodos no domínio da frequência para identificação modal de estruturas

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Publicada em 26/08/2016

Discente: Luma Caroline de Barros

Resumo:

A realização de ensaios de vibração em sistemas estruturais e sua posterior análise são de grande importância prática na área das Engenharias, especialmente para a Engenharia Civil. O monitoramento dinâmico pode desempenhar um papel importante no que se refere à gestão e à manutenção de estruturas, dado que esta ferramenta permite a avaliação periódica ou contínua de pontes, barragens, edifícios, máquinas, estádios e estruturas offshore, por intermédio da análise de sua resposta às ações ambientais, sem interromper o seu funcionamento operacional. De modo geral, o monitoramento dinâmico se faz a partir do acompanhamento da variação das características de vibração das estruturas, comumente chamadas de parâmetros modais. Tais parâmetros são as frequências naturais, as taxas de amortecimento e as formas modais de vibração do sistema estrutural em estudo. O escopo desta dissertação consiste em uma análise comparativa de duas técnicas existentes na literatura e utilizadas para identificação modal de estruturas. Mais especificamente, são abordados dois métodos para a identificação modal no domínio da frequência, com base na análise da resposta das estruturas às ações a que comumente estão sujeitas. Assim, elencam-se: o método da seleção de picos (PP - Peak Picking) e o método da decomposição no domínio da frequência (FDD - Frequency Domain Decomposition). Com o objetivo de comparar o desempenho desses métodos, visando evidenciar as potencialidades e as limitações de cada um, e determinar a capacidade deles em identificar frequências naturais próximas, simulações numéricas foram realizadas no software MATLAB e alguns estudos de casos de estruturas de pequeno e grande porte ensaiadas experimentalmente foram explorados. Os parâmetros modais identificados foram comparados aos resultados obtidos analiticamente, numericamente ou, ainda, aos de outros trabalhos. Assim, foi possível mostrar que métodos PP e FDD são capazes de fazer uma identificação satisfatória das frequências naturais e dos modos de vibração. Por fim, são apresentadas considerações sobre o trabalho elaborado e sugestões que poderão ser desenvolvidas em trabalhos futuros.

Abstract:

The execution of vibration tests on structural systems and their analysis are of great practical importance to the field of engineering, especially for the Civil Engineering. Dynamic monitoring can play an important role with regard to the management and maintenance of structures, as it allows periodic or continuous evaluation of bridges, dams, buildings, machinery, stadiums and offshore structures through the analysis of their output due to environmental actions without interrupting their operational functioning. In general, dynamic monitoring is achieved by monitoring the variation of structural vibration characteristics, commonly named modal parameters. Such parameters are the natural frequencies, damping ratios and vibration mode shapes of the structural system under study. The scope of this paper consists of a comparative analysis of some existing techniques used to structural modal identification. More specifically, some methods are addressed for the modal identification in the frequency domain. They are: the Peak Picking method (PP) and Frequency Domain Decomposition (FDD). Aiming to compare the performance of these methods and in order to highlight the potentialities and limitations of each one and to determine their ability to identify closely-spaced natural frequencies, numerical simulations were performed in the MATLAB software and some cases of small and large structures tested experimentally are explored. The resulting modal parameters are compared to the results obtained analytically, numerically or to other papers results. Thus, it was possible to show that PP and FDD methods are able to make a satisfactory identification of natural frequencies and vibration mode shapes. Finally, some considerations are presented as well as suggestions that may be developed in future works.

Palavras-chave:

Modal analysis; Modal identification; Methods in the frequency domain; Monitoring structures; Close natural frequencies

Áreas de Concentração:

- Mestrado: Construção Metálica

Orientadores:

- Alexandre Abrahão Cury

Banca Examinadora:

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

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