Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-05-03Bitstream added on 2014-06-13T18:47:26Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_ma_dr_ilha.pdf: 1890302 bytes, checksum: bef84d438d9bf156cb579169a5364cf3 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho propõe duas novas metodologias para identificação de danos estruturais aplicados aos sistemas de monitoramento de integridade estrutural. Essas metodologias utilizam somente os sinais de respostas dos transdutores piezelétricos colados na estrutura a ser monitorada. A primeira utiliza o princípio da impedância eletromecânica, sem necessidade de cálculo da resposta em frequência, nem da EMI, pois a análise é realizada a partir dos sinais de resposta dos PZT diretamente no domínio do tempo. Nessa metodologia, transdutores do tipo PZT são colados à estrutura a ser monitorada enquanto um sinal de excitação em uma faixa de frequência apropriada excita o conjunto PZT/estrutura. Um mesmo PZT é usado tanto para excitar a estrutura (atuador) quanto para receber os sinais de resposta da estrutura (sensor). A identificação de possíveis danos estruturais é realizada através de técnicas de processamento de sinais tais como: scores, pesos e pesos rotacionados calculados a partir da PCA. São utilizados ainda os coeficientes do modelo AR. A segunda metodologia é baseada no princípio da função de coerência, na qual um único PZT é usado para excitar a estrutura (atuador) e outros três transdutores PZT são utilizados para receber os sinais de resposta da estrutura (sensores). Nesta metodologia, diferentes técnicas de processamento de sinais no domínio do tempo foram aplicadas diretamente nos sinais de resposta dos PZT. Para isso, os scores e os pesos foram calculados a partir das componentes principais. Outras técnicas, tais como SSA e filtros de Savitzky-Golay, também foram empregadas. Nas duas metodologias, a análise de detecção de falha é baseada em duas métricas estatísticas consagradas na área de SHM: RMSD e CCDM. A fim de testar as metodologias propostas, testes práticos... / This work presents two novel methodologies for damage detection applied to Structural Health Monitoring systems. The proposed methodologies use only response signals of piezoelectric transducers bonded to the host structure. In the first methodology, the analysis is based on EMI (Electromechanical Impedance), however it isn´t necessary to calculate the Frequency Response Function or EMI itself due analysis is carried out directly in time-domain. For this, the PZT are excited by a signal with a wide frequency range and acts as an actuator and also as sensors to receive the signals. The coefficients for AR models and the scores, loadings and rotated loadings (Principal Components) are calculated directly from the time signals. The second methodology is based on Coherence Function. For this, the single PZT is used as an actuator to excite the structure and other three PZT’s are used as sensors to receive the response signals. The scores and loadings (Principal Components) are calculated directly from the time signals. Some techniques of digital signal processing such as Singular Spectral Analysis e Savitzky-Golay filter have also been used. For both methodologies, the damage detection procedures were conducted using statistics metrics useful: RMSD and CCDM. Practical tests were carried out on different aluminum plates and the results... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Jozue Vieira Filho / Banca: Vicente Lopes Junior / Banca: Nobuo Oki / Banca: Leopoldo Pisanelli Rodrigues de Oliveira / Banca: Fernando Dotta / Resumo: O presente trabalho propõe duas novas metodologias para identificação de danos estruturais aplicados aos sistemas de monitoramento de integridade estrutural. Essas metodologias utilizam somente os sinais de respostas dos transdutores piezelétricos colados na estrutura a ser monitorada. A primeira utiliza o princípio da impedância eletromecânica, sem necessidade de cálculo da resposta em frequência, nem da EMI, pois a análise é realizada a partir dos sinais de resposta dos PZT diretamente no domínio do tempo. Nessa metodologia, transdutores do tipo PZT são colados à estrutura a ser monitorada enquanto um sinal de excitação em uma faixa de frequência apropriada excita o conjunto PZT/estrutura. Um mesmo PZT é usado tanto para excitar a estrutura (atuador) quanto para receber os sinais de resposta da estrutura (sensor). A identificação de possíveis danos estruturais é realizada através de técnicas de processamento de sinais tais como: scores, pesos e pesos rotacionados calculados a partir da PCA. São utilizados ainda os coeficientes do modelo AR. A segunda metodologia é baseada no princípio da função de coerência, na qual um único PZT é usado para excitar a estrutura (atuador) e outros três transdutores PZT são utilizados para receber os sinais de resposta da estrutura (sensores). Nesta metodologia, diferentes técnicas de processamento de sinais no domínio do tempo foram aplicadas diretamente nos sinais de resposta dos PZT. Para isso, os scores e os pesos foram calculados a partir das componentes principais. Outras técnicas, tais como SSA e filtros de Savitzky-Golay, também foram empregadas. Nas duas metodologias, a análise de detecção de falha é baseada em duas métricas estatísticas consagradas na área de SHM: RMSD e CCDM. A fim de testar as metodologias propostas, testes práticos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents two novel methodologies for damage detection applied to Structural Health Monitoring systems. The proposed methodologies use only response signals of piezoelectric transducers bonded to the host structure. In the first methodology, the analysis is based on EMI (Electromechanical Impedance), however it isn't necessary to calculate the Frequency Response Function or EMI itself due analysis is carried out directly in time-domain. For this, the PZT are excited by a signal with a wide frequency range and acts as an actuator and also as sensors to receive the signals. The coefficients for AR models and the scores, loadings and rotated loadings (Principal Components) are calculated directly from the time signals. The second methodology is based on Coherence Function. For this, the single PZT is used as an actuator to excite the structure and other three PZT's are used as sensors to receive the response signals. The scores and loadings (Principal Components) are calculated directly from the time signals. Some techniques of digital signal processing such as Singular Spectral Analysis e Savitzky-Golay filter have also been used. For both methodologies, the damage detection procedures were conducted using statistics metrics useful: RMSD and CCDM. Practical tests were carried out on different aluminum plates and the results... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-12-14Bitstream added on 2014-06-13T20:16:16Z : No. of bitstreams: 1 camara_fho_me_ilha.pdf: 1061097 bytes, checksum: dd65d1481cdc65c74077f24ca53e3b77 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização de materiais piezelétricos para transformação de energia mecânica proveniente das vibrações em energia elétrica tem aumentado na última década para tentar suprir a necessidade por fontes alternativas de energia na alimentação de sistemas de monitoramento da condição estrutural (SHM) e dispositivos de aeronaves não tripuladas, tornando estes dispositivos autônomos. Como a energia produzida através da piezoestrutura não é suficiente para alimentar os dispositivos eletrônicos diretamente, técnicas de extração e armazenamento são utilizadas para que a energia produzida seja acumulada até um nível utilizável. Neste sentido, este trabalho apresenta um estudo sobre uma configuração de piezoestrutura capaz de produzir um alto nível de energia mesmo que a frequência de excitação apresente variações. A piezoestrutura proposta é do tipo multifrequência aumentando a largura de banda de operação e podendo produzir um alto nível de energia mesmo que a frequência de excitação apresente alterações. A piezoestrutura multifrequência foi modelada por elementos finitos através do programa ANSYS© e posteriormente comparada com resultados experimentais. Em seguida, a tensão produzida foi extraída através dos circuitos retificador de onda completa em ponte e do dobrador de tensão buscando avaliar o desempenho de ambos na extração da energia produzida para armazenamento em um supercapacitor. Finalmente, a energia armazenada no supercapacitor foi utilizada para alimentar um sistema de monitoramento da temperatura de um ambiente de modo que o sistema passe a operar como um sistema autônomo / The use of piezoelectric materials to transform mechanical energy from the vibrations into electrical energy has increased in the last decade trying to meet the need for alternative sources of energy to power up SHM systems and Unmanned Air Vehicle devices, making these standalone devices. This work presents a study on a configuration of a piezostructure being able to produce a higher energy even if the excitation frequency undergoes changes, and then evaluate two electronic circuit topology as simple interface for extracting the maximum energy produced and store it in a supercapacitor to power a sensor system that monitors the temperature in a room. Initially a brief review of the basics and fundamentals of energy harvesting was presented for better understanding of the development of this work. The proposal is a multifrequency piezostructure type that increases the bandwidth of operation and could produce a high energy value even if the excitation frequency undergoes alterations. The multifrequency piezostructure was modeled by finite element software ANSYS© and then compared with experimental results showing a good correlation between the numerical and experimental models. Then, a parametric study was conducted to determine which geometric parameter from the piezostruture should be varied so that the piezo-beams had their natural frequencies within the specified operating range. The voltage produced was extracted through two types of circuits (full wave rectifier and voltage doubler) trying to evaluate which one is able to extract the maximum possible energy produced for storage in a supercapacitor. Finally, the energy stored in the supercapacitor was used to power a system for monitoring the temperature of an environment so that the system operates as a standalone system

Orientador: João Antônio Pereira / Banca: Samuel da Silva / Banca: Adailton Silva Borges / Resumo: A utilização de materiais piezelétricos para transformação de energia mecânica proveniente das vibrações em energia elétrica tem aumentado na última década para tentar suprir a necessidade por fontes alternativas de energia na alimentação de sistemas de monitoramento da condição estrutural (SHM) e dispositivos de aeronaves não tripuladas, tornando estes dispositivos autônomos. Como a energia produzida através da piezoestrutura não é suficiente para alimentar os dispositivos eletrônicos diretamente, técnicas de extração e armazenamento são utilizadas para que a energia produzida seja acumulada até um nível utilizável. Neste sentido, este trabalho apresenta um estudo sobre uma configuração de piezoestrutura capaz de produzir um alto nível de energia mesmo que a frequência de excitação apresente variações. A piezoestrutura proposta é do tipo multifrequência aumentando a largura de banda de operação e podendo produzir um alto nível de energia mesmo que a frequência de excitação apresente alterações. A piezoestrutura multifrequência foi modelada por elementos finitos através do programa ANSYS© e posteriormente comparada com resultados experimentais. Em seguida, a tensão produzida foi extraída através dos circuitos retificador de onda completa em ponte e do dobrador de tensão buscando avaliar o desempenho de ambos na extração da energia produzida para armazenamento em um supercapacitor. Finalmente, a energia armazenada no supercapacitor foi utilizada para alimentar um sistema de monitoramento da temperatura de um ambiente de modo que o sistema passe a operar como um sistema autônomo / Abstract: The use of piezoelectric materials to transform mechanical energy from the vibrations into electrical energy has increased in the last decade trying to meet the need for alternative sources of energy to power up SHM systems and Unmanned Air Vehicle devices, making these standalone devices. This work presents a study on a configuration of a piezostructure being able to produce a higher energy even if the excitation frequency undergoes changes, and then evaluate two electronic circuit topology as simple interface for extracting the maximum energy produced and store it in a supercapacitor to power a sensor system that monitors the temperature in a room. Initially a brief review of the basics and fundamentals of energy harvesting was presented for better understanding of the development of this work. The proposal is a multifrequency piezostructure type that increases the bandwidth of operation and could produce a high energy value even if the excitation frequency undergoes alterations. The multifrequency piezostructure was modeled by finite element software ANSYS© and then compared with experimental results showing a good correlation between the numerical and experimental models. Then, a parametric study was conducted to determine which geometric parameter from the piezostruture should be varied so that the piezo-beams had their natural frequencies within the specified operating range. The voltage produced was extracted through two types of circuits (full wave rectifier and voltage doubler) trying to evaluate which one is able to extract the maximum possible energy produced for storage in a supercapacitor. Finally, the energy stored in the supercapacitor was used to power a system for monitoring the temperature of an environment so that the system operates as a standalone system / Mestre

Orientador: Nobuo Oki / Banca: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Tony Inácio da Silva / Resumo: Este trabalho descreve um sistema de extração de potência de power harvesting utilizando transdutores piezelétricos. Com o objetivo de extrair a máxima potência e assim ter um maior rendimento do sistema, foram projetados e testados alguns circuitos eletrônicos. Um circuito de controle com componentes discretos e de baixo consumo foi projetado para controle da chave do retificador chaveado e bias-flip. A energia extraída será utilizada para alimentar um sistema de aquisição de dados e um sensor de temperatura associado a este sistema. O sistema de power harvesting é constituído por uma estrutura mecânica, transdutor piezelétrico, circuito retificador e um conversor CC-CC. Na estrutura mecânica está localizado o transdutor piezelétrico e este transdutor proporciona a conversão de energia mecânica em energia elétrica. Para efeito deste estudo considera-se que o transdutor piezelétrico comporta-se como uma fonte de tensão alternada, que será retificada e armazenada em um supercapacitor, para depois ser utilizada na alimentação do sistema de aquisição de dados. Os conversores CC-CC são utilizados para maximizar a quantidade de energia obtida do transdutor piezelétrico e fornecer tensão ao supercapacitor. No entanto, uma das limitações desses sistemas é a baixa quantidade de energia gerada por esses dispositivos. Assim, para que haja uma minimização das perdas dos circuitos eletrônicos e possa se extrair a máxima potência possível do piezelétrico obtendo um melhor rendimento do sistema, este trabalho investigará a utilização dos circuitos retificadores em ponte, retificador em ponte chaveado, retificador bias-flip e o conversor buck-boost, além de utilizar a energia armazenada para alimentar um sistema de aquisição de dados associados a um sensor de temperatura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work describes several circuits for power extracting of power harvesting systems using piezoelectric transducers. In order to extract the maximum power and to achieve the maximum performance of these systems some electronic circuits were projected and tested. A control circuit with discrete components and low power consumption is designed to control switch of the switch-only and bias-flip rectifier. The goal is that the energy extracted is used to supply power electronic devices. That will be, in this work, a temperature sensor that is placed in a difficult access area. The power harvesting system is composed by a mechanical structure, a piezoelectric transducers, a rectifier and a DC-DC converter. The piezoelectric transducers were placed in the mechanical structure, these transducers are responsible to convert mechanical energy into electrical energy. In this work the piezoelectric transducer was considered an AC voltage source. This voltage will be rectified and then stored in supercapacitor, to be used in electronic circuits. The DC-DC converters were used to achieve maximum power from piezoelectric transducer and to supply voltage to the supercapacitor. However, one of the limitations of these systems is the low amount of power generated by the transducer. This way, it is mandatory to reduce the losses at the electronic components and extract the maximum power possible from the piezoelectric to improve the performance. This work investigates the full-bridge rectifier, switch-only rectifier, bias-flip rectifier and buck- boost converter, besides it aims to use the stored energy to supply a temperature sensor. Using the flip-bias rectifier improves the power up to 200%, and the switch-only rectifier by 150% in relation to full-bridge rectifier. And the efficiency changed from 35% (full-bridge)... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Heraldo Luiz Giacheti / Banca: Paulo Cesar de Melo Negrão / Banca: Ana Elisa Silva de Abreu / Resumo: A heterogeneidade hidrogeológica do meio físico é um dos fatores principais na definição da distribuição dos contaminantes e seus subprodutos para elaboração de um Modelo Conceitual da Área (MCA). Existem diversas abordagens para a investigação ambiental de áreas contaminadas, sendo que a investigação de alta resolução (High Resolution Site Characterization - HRSC) permite obter um detalhamento em densidade e escala adequadas, tanto da variabilidade vertical e horizontal da condutividade hidráulica e dos tipos de solo, quanto das concentrações dos contaminantes, sua distribuição e interações no meio físico. Uma das ferramentas de alta resolução utilizada para se definir o Modelo Conceitual do Meio Físico é o piezocone (CPTu), a qual permite avaliar e classificar o tipo de solo e descrever um perfil hidroestratigráfico em escala centimétrica. O presente estudo teve como principal objetivo definir perfis e seções hidroestratigráficas em alta resolução, utilizando amostragem de solo Direct Push Dual Tube Sampling (DPDTS) e ensaios CPTu com Dissipação de Poro-Pressão (PPDT). A amostragem de solo DPDTS permitiu uma caracterização do solo in situ, definindo-se preliminarmente as principais zonas de fluxo e armazenamento de eventual contaminação. Os ensaios CPTu detectaram o tipo de solo em microescala (centímetros), com a identificação adequada das zonas de fluxo e armazenamento, bem como estabeleceram um perfil contínuo de condutividade hidráulica, além também de fornecerem dados ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The hydrogeological heterogeneity of the physical environment is one of the main factors in the definition of the distribution of contaminants and their by-products for the elaboration of a Conceptual Site Model (CSM). There are several approaches to the environmental investigation of contaminated sites, and the High-Resolution Site Characterization (HRSC) allows to obtain an adequate density and scaling detail of both vertical and horizontal variability of hydraulic conductivity and soil types, as well as the concentrations of contaminants, their distribution and interactions in the physical environment. One of the high-resolution tools used to define the Conceptual Model of the Physical Environment is the piezocone (CPTu), which allows to evaluate and classify the soil type and describe a hydrostratigraphic profile in a centimeter scale. The main purpose of the present study was to define high-resolution hydrostratigraphic profiles and sections using Direct Push Dual Tube Sampling (DPDTS) and CPTu tests with Pore-Pressure Dissipation (PPDT). The DPDTS soil sampling allowed an in-situ soil characterization, defining the main flux and storage zones of eventual contaminants. The CPTu tests detected the soil type in microscale (centimeters), with adequate identification of the flux and storage zones, also established a continuous profile of hydraulic conductivity, as well as obtained punctual data through the PPDT tests, thus defining the hydrostratigraphic profile in high reso... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Vicente Lopes Júnior / Banca: Milton Dias Júnior / Banca: João Antonio Pereira / Resumo: Técnicas de atenuação de vibração estrutural tem atraído a atenção de engenheiros desde que as máquinas com partes móveis foram inventadas. Direcionadas pela necessidade de se diminuir peso e reduzir ruídos, as técnicas de controle ativo de vibração estrutural e acústica têm sofrido rápidas mudanças nas últimas duas décadas. Entre os materiais mais empregados nesta nova tecnologia estão os materiais que exibem propriedades piezelétricas como as cerâmicas PZT (Titanato Zirconato de Chumbo) e os filmes plásticos PVDF (Fluoreto de Vinilideno). Esses materiais apresentam uma reciprocidade entre energia mecânica e elétrica que lhes propicia grande aplicabilidade como sensores e atuadores para uma vasta gama de aplicações. No entanto, para se conseguir bons resultados em aplicações baseadas em modelos matemáticos é necessário a obtenção de modelos que permitam analisar o comportamento dinâmico das estruturas com materiais piezelétricos incorporados. Neste trabalho um programa é implementado em ambiente MATLAB® para modelagem, através do Método dos Elementos Finitos, de estruturas dos tipos vigas e placas com materiais piezelétricos incorporados. Os resultados do programa são comparados com os resultados fornecidos pelo software ANSYS® e com resultados experimentais. Paralelamente, são verificados resultados de técnicas de posicionamento ótimo de sensores e atuadores e aplicações de controle. As técnicas de posicionamento ótimo e controle não são apresentadas em detalhes neste trabalho, que tem por objetivo principal a modelagem e o estudo da influência da cerâmica piezelétrica sobre a estrutura. Estas técnicas são utilizadas para que se possa avaliar quantitativamente o efeito do acoplamento eletromecânico nas propriedades dinâmicas das estruturas. / Abstract: Attenuation techniques of structural vibration have been attracting the engineers' attention since the machines with movable parts were invented. Motivated by the need of to reduce weight and noises, techniques of active control to attenuate structural and acoustic vibration have been suffering fast changes in the last two decades. Among those materials employed in this new technology are materials that exhibit piezoelectric properties, as the PZT ceramic (Lead Zirconate Titanate) and the PVDF plastic films (PolyVinyliDene Fluoride). These materials present reciprocity between mechanical and electric energy that enable them to be used as sensors and actuators. However, to get good results in applications that are based in mathematical model is necessary to consider the electromechanical coupling between the piezoelectric material and the host structure. In this work a program is implemented in MATLAB® code for modeling, using Finite Element Method, beam and plate structures with piezoelectric materials bonded in the host structure. Results of the program are compared with results supplied by ANSYS® software and with experimental data. In addition, techniques of optimal placement of sensor/actuators and control applications are implemented. The optimal placement and control approaches are not described in details in this work, since the main objective is to verify the piezoceramic influence on the dynamic properties of the structure. These techniques are used to evaluate the electromechanical coupling effect in the dynamic properties of the structures. / Mestre

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Vicente Lopes Junior / Banca: Sezimária F. Pereira Saramago / Resumo: Nos últimos anos, as indústrias têm mostrado bastante interesse no desenvolvimento de novas técnicas para o controle de vibrações. O objetivo principal é atribuir valores aceitáveis das amplitudes de vibrações nos sistemas, garantindo um bom funcionamento dos mesmos e evitando falhas que provoquem paradas abruptas, mostrando-se uma área científica muito importante e que aproxima vários campos da engenharia moderna. Atualmente essa tecnologia é crescente e grande investimento tem sido aplicado no seu desenvolvimento. Este trabalho apresenta resultados obtidos para técnicas ativas e semi-ativas de controle de vibrações, considerando que as modificações estruturais são provenientes da alteração da rigidez e amortecimento. Utiliza-se para essa análise, Amortecedores Ativos Controlados por Atuadores Piezelétricos, denominados em inglês por Piezoelectric Friction Damper (PFD). A aplicação da metodologia é realizada em máquinas rotativas modeladas pelo Método dos Elementos Finitos e em um protótipo projetado e construído em laboratório. Os resultados procuram atenuar os níveis de vibrações e demonstram a viabilidade da aplicação de PFDs em estruturas / Abstract: Nowadays industries have shown great interest in developing new techniques for vibration control. The target is getting acceptable values of the amplitudes of vibrations in systems, ensuring proper working order avoiding failures. This is a scientific area of very important and approach fields of modern engineering. Currently this technology is growing and large investments has been applied in its development. This paper presents results obtained for active and semi-active techniques vibration control, where the structural changes are from the modification of stiffness and damping. It is used for this analysis a system known by Piezoelectric Friction Damper (PFD). The methodology was applied in rotating machines modeled by finite element method and in a prototype designed and built in the laboratory. The results try to mitigate the vibration levels and demonstrate the feasibility of applying PFDs in rotating machine / Mestre

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