Orientador: Vicente Lopes Junior / Banca: Samuel Silva / Banca: Michael John Brennan / Banca: Carlos Alberto Cimini Junior / Resumo: Pesquisadores de diversas partes do mundo se empenham em desenvolver técnicas capazes de monitorar a integridade de máquinas, veículos e estruturas, principalmente as que a ruptura ou destruição possa provocar acidentes e catástrofes. Neste contexto, várias técnicas não destrutivas podem ser utilizadas para monitorar estes sistemas permitindo a realização de reparos e, evitando maiores prejuízos econômicos e danos sociais. A técnica da Impedância Eletromecânica está entre as técnicas baseadas na utilização de materiais piezelétricos e, particularmente, utiliza-se de uma curva sensível a pequenas variações na estrutura, característica que faz a técnica ser eficiente na detecção de danos incipientes. No entanto, sob variações das condições ambiente e de teste, a sensibilidade da técnica pode produzir falsos diagnósticos. Desta forma, o desafio atual é aplicar a técnica da Impedância Eletromecânica em sistemas de monitoramento considerando condições mais próximas às condições de operação reais dos sistemas a serem monitorados. Este trabalho apresenta duas metodologias para sistemas SHM, a primeira consiste em utilizar a técnica de agrupamento Fuzzy c-means para entender e considerar o efeito da temperatura nos sinais da Impedância Eletromecânica. A segunda metodologia utiliza análise de variância (ANOVA) para propor uma metodologia de detecção mais robusta, e assim, incorporar variações aleatórias nos sistemas de medição e aquisição sem comprometer o diagnóstico SHM / Abstract: Researchers around the world are engaged to develop techniques for structural health monitoring of machinery, vehicles and structures, especially systems where damage or destruction could induce accidents and disasters. In this context, several non-destructive techniques can be used to monitor these systems allowing repairs and avoiding major economic losses or social losses. The electromechanical impedance technique is among the techniques based on piezoelectric materials use and it is sensible to small variations in the structure which makes it efficient in detecting incipient damages. However, variations in the ambient or test conditions can cause false diagnoses. Therefore, the current challenge is to apply the electromechanical impedance technique considering monitoring conditions closer to real operating conditions of the systems to be monitored. This work presents two methodologies for SHM systems. The first one uses Fuzzy c-means clustering to distinguish the temperature effect on impedance signal. The second method uses analysis of variance (ANOVA) to propose a more robust detection methodology and thus incorporate random variations in measurement systems and acquisition without loss of SHM diagnostic / Mestre

Orientador: Jozué Vieira Filho / Banca: Vicente Lopes Junior / Banca: Carlos Antonio. Barros Alves / Banca: Carlos de Marqui Junior / Banca: Washington Luiz de Melo / Resumo: A técnica da impedância eletromecânica (E/M) tem sido amplamente pesquisada para o desenvolvimento de sistemas de SHM (Structural Health Monitoring - monitoramento de integridade estrutural) em diversas aplicações. Embora existam muitos trabalhos que indiquem a eficiência e a viabilidade dessa técnica, alguns problemas práticos em aplicações reais ainda precisam ser investigados. A medição da impedância elétrica, etapa básica da técnica, geralmente é realizada por instrumentos comerciais volumosos, pesados e de alto custo, características proibitivas para muitas aplicações. A seleção da faixa de frequência em que a impedância deve ser medida para assegurar boa sensibilidade ao dano é feita por métodos de tentativa e erro ou por metodologias que utilizam dados medidos em uma quantidade considerável de testes. Além disso, o dimensionamento dos transdutores é feito sem um embasamento teórico, independentemente das características da estrutura monitorada. Neste trabalho é proposto um sistema de medição de impedância elétrica rápido, versátil e de baixo custo que substitui com eficiência os instrumentos comerciais. A partir de um circuito eletromecânico equivalente, o efeito de carregamento do transdutor devido à estrutura monitorada foi analisado. A análise do efeito de carregamento permite dimensionar corretamente o transdutor de acordo com a estrutura monitorada e assegurar um bom desempenho do sistema. O circuito eletromecânico também foi utilizado para determinar, teoricamente, as faixas de frequência em que o transdutor tem boa sensibilidade e auxiliar na seleção da faixa de frequência adequada para a detecção de danos estruturais. Todas as metodologias propostas foram verificadas através de experimentos em estruturas de alumínio e houve uma boa concordância entre os resultados teóricos e experimentais / Abstract: The electromechanical (E/M) impedance technique has been widely studied for the development of Structural Health Monitoring (SHM) systems in various applications. Although there are many studies indicating the effectiveness and feasibility of this technique, some practical issues in real applications yet should be investigated. The electrical impedance measurement, basic stage of the technique, is usually performed by bulky, heavy and expensive instruments; these features are prohibitive for many applications. The selection of the frequency range in which the electrical impedance must be measured to ensure good sensitivity for damage detection is performed by trial and error methods or by methodologies that use measured data in a considerable amount of tests. Furthermore, the design of the transducer is done without theoretical basis, regardless the characteristics of the host structure. In this work, a fast, versatile and low-cost electrical impedance measurement system was developed; the proposed system successfully replaces the conventional instruments. From an equivalent electromechanical circuit, the transducer loading effect due to the host structure was analyzed. The analysis of the loading effect allows the correct design of the transducer according to the host structure for ensure a good performance of the system. The electromechanical circuit was also used to theoretically determine the frequency ranges in which the transducer has good sensitivity and assist in the selection of the suitable frequency range for structural damage detection. All proposed methodologies were validated by experimental tests on aluminum structures and there was a good match between the theoretical and practical results / Doutor