Dissertação
Análise das métricas de dano associadas à técnica da impedância eletromecânica para o monitoramento de integridade estrutural
Registro en:
PALOMINO, Lizeth Vargas. Análise das métricas de dano associadas à técnica da impedância eletromecânica para o monitoramento de integridade estrutural. 2008. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
Autor
Palomino, Lizeth Vargas
Institución
Resumen
The basic concept of impedance-based structure health monitoring is the measuring of the
variation of the electromechanical impedance of the structure as caused by the presence of
damage, by using patches of piezoelectric material bonded on the surface of the structure or
embedded in the structure. The measured impedance is directly related to the mechanical
impedance of the structure. Based on the variation of the impedance signal, the presence of
damage can be determined. In order to quantify damage, a metric is specially defined, which
allows to assign a characteristic scalar value to the fault. The objective of this work is to
evaluate the various metrics suggested by the literature. Primarily, this work intends to
identify small damage in simple structures, evaluating the damage metrics and trying to
determine which one shows the best behavior for the purposes of identification. Afterwards,
incipient damage in an aeronautical structure, such as the loss of a rivet, is attempted to be
identified. Again, the metrics suggested in the literature are evaluated. For this structure, it
was statistically evaluated in the perspective of determining if the metrics were actually able
to identify the damage. The structure health monitoring method based on the
electromechanical impedance was also applied to fatigue tests by monitoring the impedance
signal for each previously defined number of cycles. At the end of these tests, a polynomial
meta-model was built in order to predict the number of cycles that lead to the collapse of a
test sample, based on the measurements of the electromechanical impedance. From the
results obtained by this contribution it was possible to conclude that the technique is
sensitive to incipient damage. Moreover, it can be observed that, for each analyzed case,
one of the metrics is better adjusted than the others. For this reason it is necessary to test all
the metrics to determine which one is the most suitable for each problem. Finally, it is
observed that it is possible to establish relations between the applied tension cycles in a
fatigue test and the measurements of the electromechanical impedance. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Engenharia Mecânica O conceito básico da técnica de integridade estrutural baseado na impedância tem a ver
com o monitoramento da variação da impedância eletromecânica da estrutura, causada pela
presença de dano, através de pastilhas de material piezelétrico coladas na superfície da
estrutura ou nela incorporadas. A impedância é medida, sendo esta diretamente relacionada
com a impedância mecânica da estrutura. A partir da variação dos sinais de impedância
pode-se concluir pela existência ou não de uma falha. Para quantificar esta falha, uma
métrica é especialmente definida para atribuir-lhe um valor escalar característico. O objetivo
deste trabalho é avaliar as métricas propostas na literatura. Este trabalho pretende
inicialmente identificar danos pequenos em estruturas simples, avaliando as métricas de
dano e procurando determinar a que apresenta melhor comportamento para fins de
identificação. Posteriormente, com um processo similar, procura-se identificar danos
incipientes em uma estrutura aeronáutica, tal como a perda de um rebite. Novamente são
avaliadas as métricas propostas pela literatura. Para esta estrutura avaliou-se também
estatisticamente se as métricas eram realmente capazes de identificar o dano. Aplicou-se
ainda o método de monitoramento de integridade estrutural baseado em impedância
eletromecânica em ensaios de fadiga, monitorando o sinal de impedância a cada número de
ciclos previamente definido. Ao final destes ensaios, foi construído um meta-modelo
polinomial para tentar prever número de ciclos que leva ao colapso de um corpo de prova,
partindo das medições de impedância eletromecânica. Com os resultados obtidos foi
possível concluir que a técnica tem sensibilidade a danos incipientes. Também, pode-se
observar que, para cada caso estudado, uma métrica pode ser melhor que as demais, razão
pela qual é necessário testar todas as métricas para determinar qual delas é a mais indicada
para cada problema. Finalmente, pode-se observar que é possível criar relações entre os
ciclos de tensão aplicados em um ensaio de fadiga e as medições de impedância
eletromecânica.