Orientador: João Antonio Pereira / Banca: Luiz de Paula do Nascimento / Banca: Roberto Gil Annes da Silva / Resumo: Esse trabalho discute o uso dos materiais piezelétricos, mais especificamente, o Polyvinylidene Fluoride (PVDF) e o Lead Zirconate Titatane (PZT) na análise modal experimental (AME) de estruturas mecânicas. Materiais piezelétricos, também chamados de materiais inteligentes, têm se consolidado como uma nova tecnologia que mostra um grande potencial de aplicação em diferentes áreas da engenharia. Esse tipo de material exibe um acoplamento entre multi-domínios físicos, como por exemplo o acoplamento eletro-mecânico, o térmo-magnético, etc. O acoplamento eletro-mecânico produz um deslocamento elétrico quando o material é sujeito a uma tensão mecânica (efeito direto) e um deformação mecânica quando esse material é submetido a um campo elétrico (efeito inverso). Assim, principalmente por conta desses efeitos, seu uso no campo da análise modal experimental torna-se uma interessante questão a ser investigada. A incorporação de novas tecnologias nos testes estruturais pode agregar novos conhecimentos e avanços tanto na análise modal baseada na relação entrada-saída da estrutura, quanto na mais recente técnica, a análise modal baseada apenas na resposta das mesmas. Os conceitos teóricos para o desenvolvimento são apresentados e discutidos neste trabalho, onde é mostrada a análise modal de uma viga utilizando tanto sensores e atuadores convencionais quanto os produzidos com materiais inteligentes. Os testes de análise modal da viga foram feitos utilizando diferentes combinações de sensores e atuadores e isso pode mostrar as diferenças da estimativa de modos utilizando materiais piezelétricos. Também é apresentada a formulação da relação entre os modos em deslocamento e os modos com diferença de inclinação obtidos com materiais piezelétricos e, finalmente, uma comparação dos resultados obtidos pelas diferentes técnicas. Os testes apresentados mostram... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work discusses the use of piezoelectric materials, more specifically, Polyvinylidene Fluoride (PVDF) and Lead Zirconate Titanate (PZT) for experimental modal analysis (EMA) of mechanical structures. Piezoelectric materials also called smart materials have becoming a consolidated new technology that shows a large potential of application for different engineering areas. These materials exhibit a multi physics domain field coupling like mechanical and electrical coupling domains, thermal and magnetic coupling and etc. The electro-mechanical coupling domains of the material produces an electric displacement when the material is subject to a mechanical stress (direct-effect) and a mechanical strain when the material is submitted to an electric field (inverse effect). So, mainly due to these effects, the use in the experimental modal analysis field appears to be an interesting issue to be investigated. The incorporation of this new technology in the structural tests might aggregate new acknowledgments and advances in the well consolidated input-output based modal analysis techniques as well as in the more recent output only-based modal analysis. This work aims to present some contribution in this area by using piezoelectric sensors, instead of the conventional ones like accelerometers for modal analysis of mechanical structures. The theoretical concepts and background for the developing of the work are presented and discussed, it is also presented the modal analysis of a beam like structure using conventional sensors/actuators and piezoelectric materials. The modal analysis tests of the beam are conducted using different kinds of sensors/actuator and they give some insight of the difference of the estimated modes shapes by using piezoelectric materials. It is also presented a formulation that shows the relation between... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Resumo: Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de uma técnica de monitoramento da integridade estrutural, para identificação e caracterização de falhas estruturais através da metodologia das ondas de Lamb utilizando materiais piezelétricos como sensores e atuadores. Ondas de Lamb são uma forma de perturbação elástica que se propaga guiada entre duas superfícies paralelas livres. Ondas de Lamb são formadas quando o atuador excita a superfície da estrutura com um pulso depois de receber um sinal. Quando uma onda propaga na superfície de uma placa, ela chega em um PZT sensor por diferentes caminhos. Um caminho é quando a onda atinge o sensor diretamente, ou seja, sem obstáculos no caminho em que ela se propaga. Outro caminho possível é quando a onda chega ao sensor após se propagar sobre descontinuidades existentes na superfície da estrutura. Com as várias características dos sinais recebidos, e com o uso de certas técnicas de processamento de sinais, essas falhas podem ser identificadas, realizando-se a ação correta tentando evitar a total falha da estrutura. Nesse contexto, diferentes testes experimentais foram realizados em diferentes tipos de estruturas. Redes de sensores e atuadores piezelétricos foram acopladas na superfície dessas estruturas, a fim de se fazer a configuração das ondas de Lamb. Os PZTs atuadores excitaram a estrutura em altas faixas de frequência. Diferentes tipos de falhas estruturais foram simuladas, através do aumento de massa, alteração de rigidez e através de cortes na borda das estruturas. Quatro índices de falha foram utilizados para detectar a presença da falha na estrutura, são eles: Root- Means-Square Deviation (RMSD), Índice de Falha Métrica (IFM), Norma H2 e Correlation Coefficient Deviation Mean (CCDM). Estes índices foram computados através dos sinais de entrada e de saída no domínio da frequência... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents the study and development of a Structural Health Monitoring technique for identification and characterization of structural damages based on Lamb waves methodology using piezoelectric materials as actuators and sensors. Lamb waves are a form of elastic perturbation that remains guided between two parallel free surfaces. Lamb waves are formed when the actuator excites the structure's surface with a pulse after receiving a signal. When the wave propagates on the structure, it comes in a PZT sensor from different paths. One path is when the wave reaches the sensor directly, i.e. without obstacles in the path in which it propagated. Another possible path is when the wave reaches the sensor after spreads on discontinuities in the structure's surface. Damages can be detected and located through several features of the received signals and with the use of certain techniques of signal processing. In this context, several experimental tests were performed on different kinds of structures. Piezoelectric actuators and sensors networks were attached on the surface of these structures in order to make the Lamb waves configuration. The PZTs actuators excited the structure in high frequency ranges. Different kinds of structural damages were simulated by increasing mass, reduction of stiffness and cuts through the edge of the structures. Four damage-sensitive indexes were used to detect the presence of the damage in the structure: Root-Means-Square Deviation (RMSD), Metric Damage Index (MDI), H2 Norm and Correlation Coefficient Deviation (CCDM). These indices were computed in the frequency domain. The results showed the viability of the Lamb waves methodology for Structural Health Monitoring system using smart materials as actuators and sensors / Orientador: Vicente Lopes Junior / Coorientador: Michael J. Brennan / Banca: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: José Roberto de França Arruda / Mestre

Resumo: O presente trabalho tem como objetivo a aplicação da tecnologia de controle semi-ativo em suspensões veiculares, empregando amortecedores magnetoreológicos e controladores nebulosos. O princípio de funcionamento dos amortecedores magnetoreológicos é evidenciado a partir de um procedimento de identificação numérica onde os resultados obtidos pela técnica de modelagem apresentada são confrontados com dados experimentais coletados. O grande avanço experimentado pelos controladores nebulosos nos últimos anos tem aberto novas possibilidades de aplicação prática de tais controladores. O comportamento não linear dos amortecedores magnetoreológicos associado às variações paramétricas e não- linearidades presentes em modelos de suspensões veiculares são características que corroboram para o uso dos controladores nebulosos. A formulação básica para a análise e projeto destes controladores é discutida e analisada através de um conjunto de simulações numéricas efetuado para a avaliação da robustez, estabilidade e desempenho dos mesmos. A bancada experimental, constituída de um sistema de dois graus de liberdade contendo um amortecedor magnetoreológico, é apresentada e tem seus parâmetros principais identificados. Tal bancada é usada para comparar os resultados numéricos simulados com aqueles obtidos experimentalmente. O trabalho termina comentando as potencialidades da metodologia apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e aponta propostas para a sua continuidade / Abstract: This work focus on the investigation of semi-active vibration control technology in vehicle suspensions by using magneto-rheological dampers and fuzzy controllers. The operation principle of magneto-rheological dampers is verified by a numerical identification procedure and the results obtained by the presented modeling techniques are compared with the experimental collected data. The great progress tried by the fuzzy controllers in the last years has been opening new possibilities of practical application for these controllers. The non- linear behavior of the magnetorheological dampers associated to the parametric variations and non-linearities on vehicle suspension models corroborate to the use of the fuzzy controllers. The fundamental formulation of this controller is discussed and its robustness, stability and performance are shown through numeric simulations. An experimental apparatus representing a two degree-of-freedom system containing a magnetorheological damper is used to identify the main parameters and to compare the previous simulation results. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented / Orientador: Vicente Lopes Junior / Coorientador: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Banca: João Antonio Pereira / Banca: Bento Rodrigues de Pontes Júnior / Mestre