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Orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: Rogerio Andrade Flauzino / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta um estudo comparativo da sensibilidade de diferentes tipos de transdutores piezelétricos na detecção de dano em sistemas de SHM (Structural Health Monitoring - monitoramento de integridade estrutural) baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Foi realizada uma comparação de três transdutores piezelétricos: cerâmica de PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate - titanato zirconato de chumbo), dispositivo MFC (Macro Fiber Composite - compósito de macro fibra) e diafragma piezelétrico, comumente conhecido como buzzer. Todos os testes foram realizados em barras de alumínio. A avaliação experimental da sensibilidade dos transdutores de PZT e MFC foi feita de uma maneira alternativa, utilizando o método PLB (Pencil Lead Break - quebra do grafite), o qual é muito simples e utilizado em sistemas de emissão acústica. Tem, como princípio, a quebra de grafite contra a estrutura a ser analisada. Os testes foram realizados em barras de alumínio de diferentes tamanhos. O dano estrutural foi induzido utilizando-se massas metálicas (porcas de aço), as quais foram fixadas, com cola a base de cianoacrilato, nas barras. A avalição dos resultados foi feita a partir da comparação dos índices de dano, obtidos das assinaturas da impedância elétrica dos transdutores de PZT e MFC, acoplados à estrutura a ser monitorada, e nos cálculos da PSD (Power Spectral Density) - densidade espectral de potência), obtida do método PLB e calculada usando o método Welch. Os resultados experimentais indicaram que os transdutores possuem sensibilidades diferentes para a detecção de dano, as quais também dependem da faixa de frequência. Em conclusão, os resultados mostraram uma boa relação entre os índices de dano e a PSD, indicando, dessa forma, que o método PLB pode ser uma boa ferramenta para estimar a sensibilidade na detecção de dano baseada na técnica da impedância E/M / Abstract: This dissertation presents a comparative study of the sensitivity of different types of piezoelectric transducers for damage detection in structural health monitoring (SHM), systems, based on the electromechanical impedance (EMI) technique. A comparison of three piezoelectric transduces was performed: PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate) ceramic, MFC (Macro-Fiber Composite) device and piezoelectric diaphragm, also known as buzzer. The experimental evaluation of the sensitivity of the PZT and MFC transducers was performed in an alternative way using the pencil lead break (PLB) method, which is very simple and used in a acoustic emission (AE) systems. It is based on the break of a lead against the structure to be analyzed. The tests were carried out on aluminum beams of different sizes. The structural damage was induced by metallic mass (steel nts), which were fixed in the beams with cyanoacrylate glue. The evaluation of the results was made by comparing de damage indices obtained from the electrical impedance signatures of the PZT and MFC transducers coupled to the structure to be analyzed and the power spectral density (PSD) calculations obtained using the PLB and the Welch method. The experimental results indicated that the transducers have different sensitivities for the detection of damage, which also depend on the frequency range. The conclusion is that the results showed a good relationship between the damage indices and the PSD, indicating that the PLB method can be a useful tool to estimate the sensitivity in damage detection applications based on the EMI technique / Mestre

Orientador: Paulo Roberto de Aguiar / Banca: Danilo Hernane Spatti / Banca: Andre Luiz Andreoli / Resumo: A retificação é um processo de usinagem amplamente aplicado na fabricação de produtos que exigem baixa tolerância e alta precisão dimensional. Um dos danos mais comuns que ocorre durante este processo é a queima do material, que altera as propriedades mecânicas da peça usinada, comprometendo suas especificações. Sendo assim, o monitoramento da queima no processo de retificação é vital para garantir um alto nível de qualidade, produtividade e repetitividade dos processos industriais. Neste cenário, este trabalho traz uma nova abordagem não destrutiva para a identificação e localização da queima em aço SAE 1045, com o objetivo de desenvolver um sistema confiável e robusto de monitoramento da retificação como alternativa aos métodos invasivos, por meio do uso de transdutores piezelétricos de baixo custo e de técnicas de processamento digitais de sinais baseadas no critério estatístico de Hinkley. Comparado aos testes tradicionais e invasivos, como os testes de microdureza e metalografia, concluiu-se que o critério de Hinkley tem alta eficácia e potencial para localizar o início da queima da peça uma vez que o erro na localização foi menor que 4% / Abstract: Grinding is a machining process widely applied in the manufacture of products that require low tolerance and high dimensional accuracy. One of the most critical issues in this manufacturing process is the material burning phenomenon, which can lead the part to a total failure. Therefore, monitoring burning in the grinding process is vital to ensure a high level of quality, productivity and repeatability of industrial processes. In this sense, this article presents a new non-destructive approach for the onset location of burn in the SAE 1045 steel, aiming to develop a reliable and robust grinding monitoring system as an alternative to invasive methods. An experimental investigation was conducted by using low-cost piezoelectric diaphragms and feature extraction of the signals through Hinkley criterion. By comparing to the traditional and invasive tests such as microhardness measurements and metallographic analysis, it was concluded that the Hinkley criterion has a high effectiveness and potential to locate the onset of burning, once the error of the location was less than 4% / Mestre

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

This investigation examines a novel means of integrating high-performance ZnO piezoelectric thin films with a flexible stainless steel substrate (SUS304) to fabricate a double-sided piezoelectric transducer. The double-sided piezoelectric transducer is constructed by depositing ZnO piezoelectric thin films on both the front and the back sides of SUS304 substrate. The titanium (Ti) and platinum (Pt) layers were deposited using a dual-gun DC sputtering system between the ZnO piezoelectric thin film and the back side of the SUS304 substrate. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction of ZnO piezoelectric films reveal a rigid surface structure and highly c-axis-preferring orientation. To fabricate a transducer with a resonant frequency of about 80 Hz, a cantilever length of 1 cm and a vibration area of 1 cm2 are designed, based on the cantilever vibration theory. The maximum open circuit voltage of the power transducer is approximately 18 V. After rectification and filtering through a 33 nF capacitor, a specific power output of 1.3 £gW/cm2 is obtained from the transducers with a load resistance of 6 M£[.

Dissertation (Ph.D.)--Auburn University, 2009. / Abstract. Vita. Includes bibliographic references.

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2000. / Includes bibliographical references.

Thesis (Ph.D.)--Hong Kong University of Science and Technology, 2008. / Includes bibliographical references (leaves 176-189). Also available in electronic version.

Thesis (Ph. D.)--Washington State University, December 2007. / Includes bibliographical references (p. 138-148).

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