Prognóstico de danos em estrutura simples

Abstract

Resumo: Atualmente, o crescente interesse em SHM (Structural Health Monitoring) está associado com a sua potencial aplicabilidade no processo de prognóstico de danos para predição de falhas catastróficas. O conhecimento da saúde de uma estrutura, prévio à sua falha, pode reduzir enormes prejuízos tanto de vidas humanas quanto perdas materiais e ainda permite que ações corretivas possam ser tomadas com antecedência. Neste trabalho foi implementada, de forma numérica e experimental, uma metodologia para prognóstico de danos sobre uma estrutura simples, a identificação do seu estado atual e sua predição de vida útil remanescente. A estrutura em estudo foi uma viga pré-fissurada, instrumentada e submetida a um teste de fadiga de flexão em três pontos, em laboratório. Para identificar a trinca, localização e tamanho equivalente, medições de FRFs (Funções Resposta em Frequência) foram realizadas a cada certo número de ciclos. A partir destas respostas e suas equivalentes obtidas por um modelo numérico em elementos finitos, a trinca foi identificada através de um ajuste por mínimos quadrados. Para tal fim, foi proposto um problema de otimização multivariável por algoritmos genéticos. Para detectar a trinca e restringir a região de busca no processo de otimização, no que diz respeito à localização da mesma, a viga foi instrumentada com sensores de emissão acústica. Uma vez a trinca identificada, para certo numero de ciclos, o modelo de prognóstico de crescimento de trinca por fadiga foi aplicado a partir de conceitos da mecânica da fratura linear elástica. Assim, a partir dos dados em um gráfico, tamanho de trinca em função do numero de ciclos, é possível interceptar uma curva de tamanho de trinca tolerável com a evolução do crescimento da trinca identificada para estimar a vida útil residual da estrutura. Todos esses conceitos foram aplicados em programas que realizam a análise automatizada do processo. Dois ensaios de fadiga sobre diferentes vigas permitiram atestar a capacidade da metodologia proposta na identificação do dano e na determinação da sua vida útil remanescente. Os resultados mostram a potencialidade da metodologia proposta em estruturas reais simples assim como também a continuidade para futuros trabalhos.