Submitted by Cesare Fiorini (gerson.fiorini@gmail.com) on 2017-01-13T13:37:10Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_Cesare Fiorini.pdf: 10365608 bytes, checksum: 10cda96f30689edb43a511848179819f (MD5) / Approved for entry into archive by Flávia Sousa (flaviabs@ufba.br) on 2017-01-13T16:38:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_Cesare Fiorini.pdf: 10365608 bytes, checksum: 10cda96f30689edb43a511848179819f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-13T16:38:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_Cesare Fiorini.pdf: 10365608 bytes, checksum: 10cda96f30689edb43a511848179819f (MD5) / CAPES / A fotoelasticidade é uma das técnicas experimentais mais antigas. Nova atenção é dada hoje a esse método devido aos progressos da fotoelasticidade digital. Nessa dissertação é apresentada o estudo de uma ligação metálica, constituída por uma viga perfil I em balanço, ligada a coluna por meio de solda e parafusos, e sujeita a carregamento concentrado na extremidade livre. O objetivo principal desse estudo é analisar a junção metálica com a fotoelasticidade de recobrimento e avaliar a aplicabilidade dessa técnica por esse tipo de conexão. Sucessivamente são expostos os fundamentos teóricos junto com a formulação matemática da fotoelasticidade clássica e as evoluções alcançadas pela fotoelasticidade digital. Foram apresentados, também com base na literatura, os princípios teóricos do método aos elementos finitos assim como do processamento e análise digital de imagens no espaço de cor RGB, além de descrever as características das ligações metálicas com base nas normativas técnicas. A metodologia aplicada envolveu a análise teórica, experimental e numérica. O arranjo experimental é constituído por um polariscópio circular em campo escuro e com luz branca. Nos ensaios de laboratório foram produzidas manualmente as lâminas fotoelásticas em Araldite, assim como foram realizados os testes de calibração sobre os espécimes. Os testes de flexão simples sobre o corpo de prova foram executados com quatro níveis de carga. As regiões investigadas foram a mesa superior da viga, a alma e a chapa de topo. Foi feito um registro fotográfico para analisar a distribuição das franjas isocromáticas nas regiões investigadas e determinar as diferenças das tensões principais. Paralelamente foi desenvolvido um programa de tratamento de imagem, escrito em Matlab®, capaz de fornecer o valor da constante fotoelástica, para o tipo de modelo mecânico utilizado. A solução numérica, em regime elástico-linear, foi produzida com a proposta de um código escrito em Ansys®. Na mesa superior a resposta numérica comparada com a experimental mostrou um erro menor a 10 % em termos de estado de tensões. Mostra-se também o potencial didático dessa técnica com a proposta de alguns exercícios. / ABSTRACT: Photoelasticity is one of most ancient experimental techniques for stress analysis. New attention is given to this method due to progress of digital photoelasticity. This dissertation investigates a mixed steel junction beam-column by using reflection photoelasticity. A cantiliver beam I profile, bolted and welded to column, is subject to concentrated load on free extreme. Main proposal is to analyse the steel junction and assess feasibility of this technique for this kind of connection. Successively, theoeritical foundation is exposed with mathematical formulation of classic photoelasticity. Progress has been reached by digital photoelasticity. Based on literature, theoretical principles of finite element method were exposed, as well as digital image processing and analysis, in RGB colour space. Besides, caracteristics of steel junction are described with base on technical normative. The applied methodology used theoretical, experimental and numeric analyis. Experimental equipment used is a circular polariscope in black field with white light. In laboratory test photoelastic film in Araldite were prepared by hand, such as were made calibration setup testing of photoelastic film on especimens. Simple bending tests were applied wtih four level of loads on the model. Investigated areas were beam upper flange, beam web and beam plate. A photographic register was made to analyse distribution of isocromatic fringes and determinate principal stress difference. In parallel, a non comercial algorithm, written in Matlab®, process data to determinate the fringe value photoelastic constant. The finite element numerical analysis was realized considering elastic-linear conditions and was written with commercial software ANSYS®. On the beam upper flange numerical and experimental results showed a difference lower than 10 % as stress state. Didactic potential associated to this technique is showed with a proposal of some exercises.

Orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: Marcelo Nicoletti Franchin / Banca: Paulo Sergio da Silva / Banca: José Guilherme Magalini Santos Decanini / Banca: Mário Anderson de Oliveira / Resumo: Os diafragmas piezelétricos são componentes eletrônicos de baixo custo utilizados em diversas aplicações. Seu uso mais comum é como transdutor de áudio e, nesse tipo de aplicação, é mais comumente conhecido como buzzer. Nos últimos anos, a utilização desses componentes em estudos científicos avançados tem aumentado bastante, e uma das áreas que tem merecido destaque é a dos sistemas de Monitoramento de Integridade Estrutural - Structural Health Monitoring (SHM) - baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves minimamente invasivos à estrutura monitorada. Portanto, tomando como base o crescente interesse por esses componentes, é proposto neste estudo um circuito eletromecânico equivalente básico que relacione as propriedades elétricas dos diafragmas piezelétricos com as propriedades mecânicas da estrutura monitorada por meio da impedância elétrica. Essa relação é baseada no efeito piezelétrico, que proporciona um acoplamento eletromecânico com a estrutura monitorada e, portanto, permite avaliar as condições mecânicas da estrutura a partir das propriedades elétricas do transdutor. A estrutura utilizada no estudo foi uma barra de alumínio com dimensões de 500 mm x 38,10 mm x 3,18 mm, tipicamente utilizada em laboratórios, e diafragmas com espessuras da ordem de uma fração de milímetro. Nessas condições, o modo de vibração principal pode ser ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Piezoelectric diaphragms are inexpensive electronic components used in a variety of applications. Its most common use is as an audio transducer and, in this type of application, it is commonly known as "buzzer". In recent years, the use of these components in advanced scientific studies has increased significantly, and one of the areas that has received special mention is the Structural Health Monitoring (SHM) systems based on electromechanical impedance (EMI). This type of application has received special attention because it is based on the use of small and lightweight piezoelectric transducers minimally invasive to the monitored structure. Therefore, based on the growing interest in these components, a basic equivalent electromechanical circuit is proposed in this study that relates the electrical properties of the piezoelectric diaphragms to the mechanical properties of the monitored structure through the electrical impedance. This relationship is based on the piezoelectric effect, which provides an electromechanical coupling with the monitored structure and, therefore, allows to evaluate the mechanical conditions of the structure from the electrical properties of the transducer. The structure used in the study was an aluminum bar with dimensions of 500 mm x 38.10 mm x 3.18 mm, typically used in laboratories, and diaphragms with thicknesses of the order of a fraction of millimeter. Under these conditions, the main vibration mode can be considered in the longitudinal ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by SBI Biblioteca Digital (sbi.bibliotecadigital@puc-campinas.edu.br) on 2018-12-12T11:03:02Z No. of bitstreams: 1 Joao Batista Lamari Palma e Silva.pdf: 6384826 bytes, checksum: 7f07e131301eff9f4bf2ddb19d173b2b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-12T11:03:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joao Batista Lamari Palma e Silva.pdf: 6384826 bytes, checksum: 7f07e131301eff9f4bf2ddb19d173b2b (MD5) Previous issue date: 2018-10-09 / The structures of reinforced concrete, although extremely diffused, require special attention from its conception, utilization its operation. This kind of attention could contribute for developing more useful time of usage, as since, the pathologies could be most varieties in complexes conditions, and so far is to analyze the integrity of the complexity of the structural condition. Structural Heart Monitoring (SHM) seeks the process of monitoring the behavior of the structure in order to assess the structure's conditions verifying the occurrence of damages and eventually in case of need for interventions, aiming at structural rehabilitation. The automated SHM uses data acquisition which acts as an interface between the sensors installed in the structures and the computational systems could be very complex and expensive. This work had the initiative to use the Arduino platform, which one is an electronic prototyping system, which uses an Atmel microcontroller, free hardware and software, with Analog/Digital inputs and outputs, low cost and relative ease of operation. The objective of this research was the development of a structure monitoring system, based on data collection from strain, displacement and force sensors, on reinforced concrete structures, for the acquisition and remote transmission of data, for processing and analysis of information. A data acquisition system was built with the Arduino platform, and this system has been used besides the platform in question, signal amplifiers and Wheatstone Bridge type circuits. A mobile application as a type of software has been developed, compatible with the Android operating system, through a smartphone or tablet, it was possible to control the Arduino through wireless communication via Bluetooth. This application sends and receives data, which is processed and analyzed analytically and graphically, resulting from the information of the sensors installed in the structures, which enables the transmission of the data in real time, via the internet. This system was tested in bending tests of metallic cantilever and reinforced concrete beams, instrumented with electric resistance strain gauges installed in the reinforcement and concrete, as displacement transducers and load cells. In addition to this structure, the system was also tested on a reinforced concrete column supporting a crane, with the installation of strain gauges in the reinforcement. In these tests, the data acquisition was made by two different systems, the first one being a commercial data acquisition purchaser and the second the system object of this research, to compare the data of the readings, obtained between both equipment and analytical values, establishing satisfactory results. / As estruturas de concreto armado, ainda que extremamente difundidas, requerem especial aten??o desde sua concep??o at? sua utiliza??o. Esta aten??o pode ser usada para contribuir com o aumento de sua vida ?til, j? que as patologias podem ser das mais variadas naturezas e causas, o que em muitas vezes torna a an?lise das condi??es de integridade estrutural muito complexa. O Monitoramento da Integridade Estrutural (MIE) busca acompanhar o comportamento da estrutura, para avaliar suas condi??es, inclusive para verificar a ocorr?ncia de danos e das eventuais necessidades de interven??es, visando a reabilita??o estrutural. O MIE automatizado emprega aquisitores de dados que atuam como interface entre os sensores instalados nas estruturas e os sistemas computacionais, tornando sua utiliza??o complexa e cara. Este trabalho teve por iniciativa empregar a plataforma Arduino, que ? um sistema de prototipagem eletr?nica, que utiliza um microcontrolador Atmel, de hardware e software livres, com entradas e sa?das anal?gicas/digitais, de baixo custo e relativa facilidade de opera??o. Com isto, o objetivo da pesquisa foi o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de estruturas, baseado em coleta de dados provenientes de sensores de deforma??o, deslocamento e for?a, em estruturas de concreto armado, para aquisi??o e transmiss?o remota de dados, para processamento e an?lise das informa??es. Foi constru?do um sistema de aquisi??o de dados, com a plataforma Arduino, sendo que este sistema emprega al?m da plataforma em quest?o, amplificadores de sinais e circuitos el?tricos do tipo Ponte de Wheatstone. Desenvolveu-se um software do tipo aplicativo mobile, compat?vel com o sistema operacional Android, para que por meio de um smartphone ou tablet, fosse poss?vel controlar o Arduino, mediante comunica??o sem fio via Bluetooth. Este aplicativo envia e recebe dados, que s?o processados e analisados anal?tica e graficamente, decorrentes das informa??es dos sensores instalados nas estruturas, o qual possibilita a transmiss?o dos dados em tempo real via internet. O sistema foi testado em ensaios de flex?o de l?minas met?licas e vigas de concreto armado, instrumentadas com extens?metros de resist?ncia el?trica instalados na armadura e no concreto, como transdutores de deslocamento e c?lulas de carga. Al?m desta estrutura, o sistema tamb?m foi testado em um pilar de concreto armado de sustenta??o de uma ponte rolante, com a instala??o de extens?metros na armadura. Nestes testes, a aquisi??o de dados foi feita por dois sistemas distintos, sendo o primeiro um aquisitor de dados comercial de refer?ncia e o segundo o sistema objeto desta pesquisa, para compara??o dos dados das leituras obtidas entre ambos equipamentos e valores anal?ticos, tendo sido obtidos resultados satisfat?rios.

Orientador: Jozué Vieira Filho / Banca: Suely Cunha Amaro Mantovani / Banca: Bernardo José Guilherme de Aragão / Resumo: Neste trabalho propõe-se o monitoramento da integridade estrutural (SHM) em sistemas de tubulações usando-se a técnica da impedância Eletromecânica (EMI), que é uma forma de avaliação não destrutiva (NDE). A técnica EMI tem como base a Função de Resposta em Frequência (FRF) e se destaca por utilizar transdutores piezelétricos de baixo custo. Através da implementação de um sistema de SHM nas tubulações, é possível monitorar a integridade estrutural de forma contínua e reduzir, assim, os riscos de acidentes que podem prejudicar a população e o meio ambiente. A técnica proposta é baseada em transdutores do tipo PZT, que são colados na superfície curva do corpo principal do tubo da estrutura por meio de um adesivo de alta rigidez, e tem como vantagem básica a simplicidade. Os sensores, devidamente posicionados, são excitados em uma determinada faixa de frequência, gerando uma resposta que é medida através da impedância elétrica. O processo de monitoramento da integridade estrutural da tubulação é feito através de medições periódicas da impedância da estrutura e a detecção do dano é baseada nas alterações das respostas. Para detectar o dano, as diferentes medições são analisadas usandose índices de falha métrica tradicionais na área de SHM, como o RMSD RMSD (Root Mean Square Deviation) e o CCDM (Correlation Coefficient Deviation Metric). A técnica utilizada demonstrou capacidade para identificar corretamente a presença de danos no corpo principal dos segmentos de tubos das estruturas utilizadas, mostrando-se viável para detecção de danos em tubulações / Abstract: In this work proposes the Structural Health Monitoring (SHM) in piping systems using the technique of Electromechanical Impedance (EMI), which is a form of non destructive Evaluation (NDE). The EMI technique is based on the Frequency Response Function (FRF) known for its simplicity and for the use of low cost piezoelectric transducers. Through the implementation of a SHM system on the pipes, if possible to monitor the structural integrity continuously, reducing the risk of accidents to the people and the environment. The proposed technique is based on the PZT transducers type, which are pasted on the curved surface of the main body of the pipe with a high stiffness adhesive. The sensors, properly positioned, are excited in a certain range frequency, generating a response that is measured by the electrical impedance. The process of monitoring the structural integrity of the pipes is done through periodic measurements of the impedance and the detection of damage is based on the responses changes. To detect the damage, the different measurements are analyzed using the traditional metric damage indexes in the area of ? SHM, the RMSD (Root Mean Square Deviation) and the CCDM (Correlation Coefficient Deviation Metric). The technique has demonstrated its ability to correctly identify the presence of damage on the main body of the pipes segments of the structures / Mestre

Orientador: Fabricio Guimarães Baptista / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: Marcelo Nicoletti Franchin / Resumo: Transdutores piezelétricos são amplamente utilizados em muitos métodos não destrutivos para a detecção de danos estruturais em aplicações de monitoramento de integridade estrutural ou SHM (Structural Health Monitoring). Dentre os vários métodos não destrutivos, a técnica da impedância eletromecânica (E/M) é conhecida por utilizar cerâmicas piezelétricas pequenas e finas que desempenham simultaneamente as funções de atuador e sensor. O método convencional de instalação dessas cerâmicas piezelétricas na estrutura é utilizando um adesivo de alta rigidez como cola a base de epóxi ou cianoacrilato. No entanto, alguns estudos propõem métodos alternativos de instalação do transdutor, visando a sua reutilização ou que permitam o monitoramento em condições adversas sob as quais a instalação direta do sensor não seria possível. Assim, esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental comparativa entre os principais métodos de acoplamento entre o transdutor piezelétrico e a estrutura monitorada em sistemas de SHM baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Os acoplamentos dos transdutores piezelétricos foram realizados pelos métodos da instalação direta, também conhecida como instalação convencional, por acoplamento magnético e lâminas de alumínio. O transdutor utilizado para os métodos de acoplamento foi o diafragma piezelétrico, comumente conhecido como buzzer. Testes com os três métodos de instalação foram realizados em estruturas de alumínio e o dano estrut... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Piezoelectric transducers are widely used in many non-destructive methods for detecting structural damage in Structural Health Monitoring (SHM) applications. Among the various techniques for detecting structural damage, the electromechanical impedance (EMI) technique is known to use fine and small piezoelectric ceramics that simultaneously perform the actuator and sensor functions. The conventional method of installing these piezoelectric ceramics in the structure is by using a high stiffness adhesive such as epoxy or cyanoacrylate based glue. However, some studies propose alternative methods of installing the transducer for reuse or to allow monitoring under adverse conditions under which direct sensor installation would not be possible. Thus, this master's thesis presents a comparative experimental analysis between the main coupling methods between the piezoelectric transducer and the monitored structure in SHM systems based on the electromechanical impedance technique. The piezoelectric transducer couplings were made by direct installation methods, also known as conventional installation, by magnetic coupling and aluminum foils. The transducer used for the coupling methods was the piezoelectric diaphragm, commonly known as buzzer. Tests with these methods were carried out on aluminum structures and the structural damage was induced using metallic masses (steel nuts), fixed directly to the structure with cyanoacrylate-based glue. The comparison of the results analysis betwe... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Paulo Roberto de Aguiar / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Banca: Danilo Hernane Spatti / Resumo: Os processos de usinagem são de extrema importância para a fabricação de peças mecânicas, muitas das quais exigem alta precisão dimensional e geométrica. A retificação, dentro dos pro-cessos de usinagem, é um processo de acabamento amplamente utilizado na indústria sendo uma das últimas fases na cadeia de usinagem. Devido à sua posição na cadeia de usinagem, é essencial que o processo de retificação seja controlado, visando a detecção e até mesmo a pre-venção de falhas, pois a peça neste estágio possui alto valor agregado. O fenômeno de queima é uma das piores falhas que pode ocorrer na retificação de aços. Desta forma, um sistema de monitoramento capaz de identificar a ocorrência deste fenômeno, além de detectar o momento do início do mesmo, é de grande importância. Nesse contexto, esse trabalho propõe um método para detecção do fenômeno de queima e o momento de sua ocorrência no processo de retifica-ção de aços ABNT 1045 e VC131 com rebolo de óxido de alumínio. Para tal, um acelerômetro foi fixado no suporte das peças e um sensor de potência foi instalado no sistema. Ambos sinais foram amostrados por um osciloscópio a uma taxa de 2 MHz. Técnicas de processamento digital de sinais, tais como a transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Transform - FFT), trans-formada de Fourier de tempo-curto (Short Time Fourier Transform -STFT), densidade espectral de potência - (Power Density Spectral - PSD) e índices de danos (RMSD e CCDM) foram aplicadas. Para melhor fundamentar o estu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The machining processes are of extreme importance for the manufacture of mechanical parts, many of which require high dimensional and geometric precision. Grinding, within the machin-ing processes, is a finishing process widely used in the industry and it is generally the last stage of manufacture chain. Thus, it is essential to control the grinding process, aiming at the detec-tion and even the prevention of failures, since the part in this stage has high added value. The grinding burn is one of the worst failures that can occur in the grinding of steels. In this way, a monitoring system capable of identifying the occurrence of the workpiece burn in addition to detect the onset moment is of great importance. This work proposes a method to detect the workpiece burn and the moment at which it has occurred in grinding of steels SAE 1045 and VC131 with aluminum oxide grinding wheel. An accelerometer was attached to the parts holder and a power sensor was installed in the system. Both signals were acquired by an oscilloscope at a rate of 2 MHz. Digital signal processing techniques such as Fast Fourier Transform (FFT), Short Time Fourier Transform (STFT), Power Density Spectral (PSD) and damage indices (RMSD - root mean square deviation and CCDM - correlation coefficient deviation metric) were applied. To better support the study, hardness tests, visual inspection and metallography were performed. The results show that the method is reliable to identify the burning phenome-non, th... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Salvatore Verde (eng.salvatore@hotmail.com) on 2014-08-25T13:29:53Z No. of bitstreams: 1 S_VERDE.pdf: 3982905 bytes, checksum: 249eeb3ddf1763eb9c87051fdb3ba2c0 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2014-10-02T18:58:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 S_VERDE.pdf: 3982905 bytes, checksum: 249eeb3ddf1763eb9c87051fdb3ba2c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-02T18:58:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 S_VERDE.pdf: 3982905 bytes, checksum: 249eeb3ddf1763eb9c87051fdb3ba2c0 (MD5) / Neste trabalho analisam-se experimentalmente as deformações induzidas por soldagem de uma junta “T” realizada com chapas de aço ASTM36 e soldada com processo MAG manual. Três corpos de provas foram preparados para medir durante a soldagem as temperaturas, entretanto as distorções residuais foram levantadas após o resfriamento. Visando determinar as deformações e tensões residuais, foi realizada uma análise termomecânica numérica criando uma rotina na linguagem proprietária do ANSYS 14. Assumindo que a energia térmica não é afetada pelo trabalho mecânico produzido durante a soldagem, sendo este desprezível, devido à baixa magnitude das deformações geométricas, foi realizada uma análise desacoplada. Embora o ANSYS ofereça a opção de realizar análises acopladas, o método desacoplado possibilita um controle maior sobre o andamento da análise. A expansão térmica e as propriedades do material foram consideradas em função da temperatura. A fonte de calor foi simulada usando o elipsoide duplo de Goldak. Para o aço foi considerado o modelo constitutivo elástico-plástico com encruamento isotrópico. A análise é constituída por duas rotinas, a primeira resolve o problema térmico e calcula em cada instante o campo de temperatura, a segunda usa o campo de temperatura como carga inicial para resolver o problema mecânico. Na região dos filetes, é usada uma malha bastante densa, e uma mais grosseira nas zonas mais afastadas. Os valores numéricos das temperaturas e das distorções foram comparados com os obtidos experimentalmente. No entanto para tensões residuais é feita uma comparação com os resultados numéricos e experimentais retirados da bibliografia para junta “T” similar de filete. A partir destas comparações as temperaturas foram qualitativamente coerentes, houve uma boa concordância quantitativa entre os valores das distorções e as tensões residuais mostram-se ser coerentes com os dados bibliográficos.

Made available in DSpace on 2016-02-05T18:29:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-08-20. Added 1 bitstream(s) on 2016-02-05T18:33:46Z : No. of bitstreams: 1 000857604.pdf: 4861820 bytes, checksum: d707905c8e1aebd6ae0cc81adaea7e12 (MD5) / Grande parte dos projetos estruturais atuais buscam por concepções mais econômicas, o que leva à estruturas mais leves e flexíveis. Estruturas assim podem apresentar comporta- mento não-linear devido às grandes deformações. Se faz então necessário o uso de modelos que incluam o comportamento não-linear, a maioria destes modelos buscam incluir uma função matemática que represente os mecanismos não-lineares presentes. Estruturas vi- brando em regime não-linear de movimento podem ter efeitos diversos como saltos, ciclos limites, interação modal, existência de múltiplas harmônicas etc. As séries de Volterra são apresentadas e utilizadas como ferramenta na identificação de sistemas não-lineares. Posteriormente, os modelos de Volterra são empregados na detecção de variação estrutu- ral em sistemas mecânicos que apresentam comportamento não-linear inerente (no estado saudável). Esta técnica baseia-se na identificação dos núcleos de Volterra expandidos na uma base ortonormal de Kautz. Os núcleos de Volterra são usados para filtrar as contri- buições lineares e não-lineares. Para ilustrar a aplicabilidade da técnica diversos testes experimentais são realizados em três bancadas experimentais que simulam estruturas com não-linearidades do tipo hardening e softening. Os sinais de excitação são aplicados com diferentes níveis de amplitude para observar o comportamento de vibração não-linear. Variações estruturais são simuladas nas estruturas, a partir de cargas ou alteração do acoplamento magnético. Os resultados obtidos permitem-nos mostrar a eficácia das séries de Volterra para a detecção de variação estrutural e quantificação de comportamento não-linear em sistemas mecânicos não-lineares / A large number of structural engineering designs are seeking for more economic concepts, which leads to lightweight and flexible structures. These structures have nonlinear beha- vior caused by large deformations. In that case, it is need to use models that include a mathematical function to represent the possible nonlinear behavior. The first step to find a model to describe the nonlinearities is to identify the presence of some nonlinear mechanisms, as for instance, jump, multi-harmonics, modal interactions etc. The Vol- terra series are introduced and used as tool on identification of nonlinear systems. After that, Volterra models are used on detection of structural changes on mechanical systems with inherent nonlinear behavior (in the healthy condition). This technique is based on identification of the Volterra kernels expanded in an orthonormal Kautz basis. The Volterra kernels are used to filter the linear and nonlinear contributions. To illustrate the results, several experimental tests are performed in three test rigs which simulate nonlinear behavior, both, hardening and softening. The excitations signals are applied with different amplitude levels to observe the non-linear vibration behavior. Structural changes are simulated in the systems by loads or magnetic coupling. The results obtained allow us to show the effectiveness of Volterra series for detection of structural changes and quantification of nonlinear behavior on nonlinear mechanical systems

Made available in DSpace on 2015-01-26T13:21:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-19Bitstream added on 2015-01-26T13:30:46Z : No. of bitstreams: 1 000801080.pdf: 1482569 bytes, checksum: 38a31bbd5f5d32c0a9910defc00cc91a (MD5) / Neste trabalho propõe-se o monitoramento da integridade estrutural (SHM) em sistemas de tubulações usando-se a técnica da impedância Eletromecânica (EMI), que é uma forma de avaliação não destrutiva (NDE). A técnica EMI tem como base a Função de Resposta em Frequência (FRF) e se destaca por utilizar transdutores piezelétricos de baixo custo. Através da implementação de um sistema de SHM nas tubulações, é possível monitorar a integridade estrutural de forma contínua e reduzir, assim, os riscos de acidentes que podem prejudicar a população e o meio ambiente. A técnica proposta é baseada em transdutores do tipo PZT, que são colados na superfície curva do corpo principal do tubo da estrutura por meio de um adesivo de alta rigidez, e tem como vantagem básica a simplicidade. Os sensores, devidamente posicionados, são excitados em uma determinada faixa de frequência, gerando uma resposta que é medida através da impedância elétrica. O processo de monitoramento da integridade estrutural da tubulação é feito através de medições periódicas da impedância da estrutura e a detecção do dano é baseada nas alterações das respostas. Para detectar o dano, as diferentes medições são analisadas usandose índices de falha métrica tradicionais na área de SHM, como o RMSD RMSD (Root Mean Square Deviation) e o CCDM (Correlation Coefficient Deviation Metric). A técnica utilizada demonstrou capacidade para identificar corretamente a presença de danos no corpo principal dos segmentos de tubos das estruturas utilizadas, mostrando-se viável para detecção de danos em tubulações / In this work proposes the Structural Health Monitoring (SHM) in piping systems using the technique of Electromechanical Impedance (EMI), which is a form of non destructive Evaluation (NDE). The EMI technique is based on the Frequency Response Function (FRF) known for its simplicity and for the use of low cost piezoelectric transducers. Through the implementation of a SHM system on the pipes, if possible to monitor the structural integrity continuously, reducing the risk of accidents to the people and the environment. The proposed technique is based on the PZT transducers type, which are pasted on the curved surface of the main body of the pipe with a high stiffness adhesive. The sensors, properly positioned, are excited in a certain range frequency, generating a response that is measured by the electrical impedance. The process of monitoring the structural integrity of the pipes is done through periodic measurements of the impedance and the detection of damage is based on the responses changes. To detect the damage, the different measurements are analyzed using the traditional metric damage indexes in the area of ? SHM, the RMSD (Root Mean Square Deviation) and the CCDM (Correlation Coefficient Deviation Metric). The technique has demonstrated its ability to correctly identify the presence of damage on the main body of the pipes segments of the structures

Orientador: Samuel da Silva / Banca: João Antonio Pereira / Banca: Americo Barbosa da Cunha Junior / Resumo: Grande parte dos projetos estruturais atuais buscam por concepções mais econômicas, o que leva à estruturas mais leves e flexíveis. Estruturas assim podem apresentar comporta- mento não-linear devido às grandes deformações. Se faz então necessário o uso de modelos que incluam o comportamento não-linear, a maioria destes modelos buscam incluir uma função matemática que represente os mecanismos não-lineares presentes. Estruturas vi- brando em regime não-linear de movimento podem ter efeitos diversos como saltos, ciclos limites, interação modal, existência de múltiplas harmônicas etc. As séries de Volterra são apresentadas e utilizadas como ferramenta na identificação de sistemas não-lineares. Posteriormente, os modelos de Volterra são empregados na detecção de variação estrutu- ral em sistemas mecânicos que apresentam comportamento não-linear inerente (no estado saudável). Esta técnica baseia-se na identificação dos núcleos de Volterra expandidos na uma base ortonormal de Kautz. Os núcleos de Volterra são usados para filtrar as contri- buições lineares e não-lineares. Para ilustrar a aplicabilidade da técnica diversos testes experimentais são realizados em três bancadas experimentais que simulam estruturas com não-linearidades do tipo hardening e softening. Os sinais de excitação são aplicados com diferentes níveis de amplitude para observar o comportamento de vibração não-linear. Variações estruturais são simuladas nas estruturas, a partir de cargas ou alteração do acoplamento magnético. Os resultados obtidos permitem-nos mostrar a eficácia das séries de Volterra para a detecção de variação estrutural e quantificação de comportamento não-linear em sistemas mecânicos não-lineares / Abstract: A large number of structural engineering designs are seeking for more economic concepts, which leads to lightweight and flexible structures. These structures have nonlinear beha- vior caused by large deformations. In that case, it is need to use models that include a mathematical function to represent the possible nonlinear behavior. The first step to find a model to describe the nonlinearities is to identify the presence of some nonlinear mechanisms, as for instance, jump, multi-harmonics, modal interactions etc. The Vol- terra series are introduced and used as tool on identification of nonlinear systems. After that, Volterra models are used on detection of structural changes on mechanical systems with inherent nonlinear behavior (in the healthy condition). This technique is based on identification of the Volterra kernels expanded in an orthonormal Kautz basis. The Volterra kernels are used to filter the linear and nonlinear contributions. To illustrate the results, several experimental tests are performed in three test rigs which simulate nonlinear behavior, both, hardening and softening. The excitations signals are applied with different amplitude levels to observe the non-linear vibration behavior. Structural changes are simulated in the systems by loads or magnetic coupling. The results obtained allow us to show the effectiveness of Volterra series for detection of structural changes and quantification of nonlinear behavior on nonlinear mechanical systems / Mestre