Apresenta_IFSP_03042013

ESTUDO DE MTODOS DE IDENTIFICAO BASEADOS EM SUBESPAOS APLICADOS AO MONITORAMENTO DA INTEGRIDADE DE ESTRUTURAS

MONITORAMENTO DA INTEGRIDADE DE ESTRUTURASProf. Nilson Roberto Inocente JniorDMC /FEM/UnicampIFSP Campus SaltoContedoIntroduoDeteco de danosTrabalho experimentalAlguns resultadosReparos Estruturais InteligentesPossibilidades de pesquisaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto2ContedoIntroduoDeteco de danosTrabalho experimentalAlguns resultadosReparos Estruturais InteligentesPossibilidades de pesquisaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto3Introduo - SHMMonitoramento da integridade de estruturas (Structural Health Monitoring SHM):

Conjunto de mtodos, tcnicas e tecnologias necessrios ao diagnstico do estado de dano de uma estrutura mecnica.

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoIntroduo - SHMPrincipais aplicaes do monitoramento da integridade de estruturas:Monitoramento de estruturas de engenharia civilPrdiosPontesMonitoramento de estruturas veicularesAeronaves

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoIntroduo Um caso clssicoAloha Airlines, Vo 243, Abril de 1988.Abertura de parte da fuselagem, em decorrncia de corroso.Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

Introduo Caso mais recenteSouthwest Airlines, abril de 2011Falha de um painel da fuselagemSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

Introduo Tcnicas atuaisAtualmente, os procedimentos de inspeo e manuteno preveem ensaios agendados, utilizando uma ou mais das seguintes tcnicas:

Inspeo visual;

Inspeo por lquidos penetrantes;

Inspeo por meio de ultrassom;

Inspeo por meio de Raios-X;

Inspeo por meio de correntes parasitas (Eddy currents).

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Introduo - ObjetivosDesenvolvimento de uma metodologia que possibilite o monitoramento em tempo real, com robustez e confiabilidade, do estado de integridade de uma estrutura mecnica.

Algumas tcnicas disponveis:Mtodos baseados em vibrao;Mtodos baseados em propagao de onda.

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoIntroduo Algumas vantagensO monitoramento contnuo da integridade de uma estrutura possibilita:

Segurana e confiabilidade (danos podem ser detectados antes de causarem falhas);

Economia (a vida til dos componentes pode ser maximizada e manutenes desnecessrias podem ser evitadas).Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoIntroduo Algumas vantagensSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

Introduo Estruturas InteligentesIntegrao de componentes para monitoramento na prpria estrutura!


Introduo - SHMrea de pesquisa altamente multidisciplinar!

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoIntroduo Diagnstico CompletoDiagnstico completo da estrutura em diferentes nveis:

Deteco: Existe algum dano na estrutura?Localizao: Qual elemento da estrutura est danificado?Classificao: Qual tipo de dano?Severidade: Qual a importncia desse dano para a estrutura?Prognstico: Quanto tempo a estrutura ainda pode funcionar antes de uma interveno?

Nvel de conhecimento requeridoSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoContedoIntroduoDeteco de danosParte experimentalAlguns resultadosReparos Estruturais InteligentesPossibilidades de pesquisaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto15Deteco de danos ModeloModelo dinmico da Estrutura Mecnica:

Monitoramento estrutural utilizando mtodos baseados em vibrao:A presena de danos na estrutura causa a modificao dos seus parmetros de vibrao!Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

Deteco de danos - ProcedimentoDeteco de danos em trs fases: Fase de identificaoFase de inspeoFase de deciso

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoDeteco de danos - Procedimento

Na Fase de identificao obtido um conjunto de parmetros Q0, que associado estrutura em um estado conhecido (geralmente ntegro).Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoDeteco de danos - Procedimento

Na Fase de inspeo obtido um conjunto de parmetros Qa, associado ao estado atual da estrutura (estado ntegro ou com falha).Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoDeteco de danos - Procedimento

Na Fase de Deciso so confrontados os conjuntos de parmetros Qa e Q0, de modo a inferir se o estado atual da estrutura corresponde ao estado ntegro ou com dano.Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoDeteco de danos Resduos de Paridade


ContedoIntroduoDeteco de danosTrabalho experimentalAlguns resultadosReparos Estruturais InteligentesPossibilidades de pesquisaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto22Trabalho experimental Bancada

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoTrabalho experimental Bancada

(1)(2)(3)(4)(5)Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoTrabalho experimental Elementos piezoeltricosBuzzers piezoeltricos circulares utilizados para excitao/sensoreamento da placa.

Dimetro: 20mm.

Faixa de trabalho: 100Hz 10kHz (audio).

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoTrabalho Experimental Simulao de danosDanos simulados: Adies pontuais de massa (10g aproximadamente 1% da massa da placa).

Trs estados de danos:Estado ntegro (sem dano);Estado de dano 1;Estado de dano 2.

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoContedoIntroduoDeteco de danosTrabalho experimentalAlguns resultadosReparos Estruturais InteligentesPossibilidades de pesquisaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto27Alguns resultados DetecoEspectros dos sinais medidos, para diferentes estados de dano.

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoAlguns resultados - DetecoSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

ContedoIntroduoDeteco de danosTrabalho experimentalAlguns resultadosReparos Estruturais InteligentesPossibilidades de pesquisaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto30Reparos estruturaisReparos estruturais so dispositivos destinados a preservar a integridade de uma estrutura onde haja a presena de algum tipo de dano estrutural.

A ao desses reparos geralmente feita de maneira local, sendo que podem ser intervenes temporrias ou permanentes.Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoReparos estruturaisSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

Reparos estruturaisOutra aplicao dos reparos como reforos estruturais em regies da estrutura que estejam potencialmente suscetveis a concentraes elevadas de tenses, o que pode desencadear no surgimento de trincas, sobretudo por fadiga.Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoReparos estruturaisSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

Reparos Estruturais InteligentesComo os Reparos Estruturais so aplicados a regies especialmente delicadas da estrutura, desejvel que eles possam realizar o monitoramento dessa regio.Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto

Reparos Estruturais InteligentesAlguns desafios, em se tratando de Reparos Estruturais Inteligentes:

Modelagem da mecnica de compsitos, incluindo a possibilidade de prever danos no prprio reparo estrutural;Modelo da interao do reparo com os sensores e atuadores;Modelo da interao do reparo com a estrutura hospedeira.

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoContedoIntroduoDeteco de danosTrabalho experimentalAlguns resultadosReparos Estruturais InteligentesPossibilidades de pesquisaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP Salto37Possibilidades de pesquisa

Deteco de danos e Reparos Estruturais

ModeloComputacional

Inteligncia artificial

Tecnologia EmbarcadaSeminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoPossibilidades de pesquisa Modelo computacionalO desenvolvimento de modelos computacionais seria til para:

Explorao de uma maior gama de danos, inclusive com caractersticas mais realistas;Avanar nos nveis de SHM (principalmente localizao);Otimizao do posicionamento de sensores e atuadores.


Possibilidades de pesquisa Modelo computacionalO desenvolvimento de modelos computacionais seria til para:Elementos Finitos (FE);Elementos Espectrais (SEM);Elementos de Contorno (BE).

Dificuldade maior: Necessidade de um modelo bastante refinadoCusto computacional elevado.

Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoPossibilidades de pesquisa Inteligncia artificialUtilizao de inteligncia artificial para deteco, localizao e classificao dos danos.

Isso requer um modelo capaz de fornecer um conjunto de danos que possam ser caracterizados e classificados.Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoPossibilidades de pesquisa Tecnologia embarcadaUtilizao de sistemas embarcados para a realizao da etapa de inspeo microcontroladores e FPGA.

Pode permitir o diagnstico online, nas condies de trabalho da estrutura.

Requer o desenvolvimento de algoritmos eficientes e simplificados.Seminrio - Grupo de Pesquisa IFSP SaltoObrigado!Estrutura mecnica

Esforos externos

DeslocamentosVelocidadesAceleraes

Estado sem dano

Estado com dano

F

Q0

Deciso

Estrutura

u(t)

y(t)

Aquisio e processamento de sinais

Estado atual

Qa

Estrutura

u(t)

y(t)


DecisoQa=Q0?

Estado sem dano

T

Fase de Inspeo

Fase de identificao

Estado sem dano

Estado com dano

F

Q0

Deciso

Estrutura

u(t)

y(t)


Estado atual

Qa

Estrutura

u(t)

y(t)


DecisoQa=Q0?

Estado sem dano

T

Fase de Inspeo

Fase de identificao

Estado sem dano

Estado com dano

F

Q0

Deciso

Estrutura

u(t)

y(t)


Estado atual

Qa

Estrutura

u(t)

y(t)


DecisoQa=Q0?

Estado sem dano

T

Fase de Inspeo

Fase de identificao

Estado sem dano

Estado com dano

F

Q0

Deciso

Estrutura

u(t)

y(t)


Estado atual

Qa

Estrutura

u(t)

y(t)


DecisoQa=Q0?

Estado sem dano

T

Fase de Inspeo

Fase de identificao

Aquisio de dados

Clculo da Matriz de Hankel das Covariancias

{y(t)}

Clculo do vetor de resduos

Fase de identificao - Offline

Aquisio de dados

Clculo da matriz de Hankel das Covariancias

{r(t)}

Fase de inspeo - Online

Clculo da norma do vetor de resduos

[Hpq]

||{r(t)}||

Clculo da matriz de Paridade

[Href]

[Sref]

{y(t)}

Placa dSpace(1)

PlacadeAluminio(5)

Amplificadoresde Potncia(2)

Amplificadores de Sinal+Filtros PB(3)

Fonte CC +-25V(4)

Documents

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