Calibração de Modelo Numérico Equivalente com Dano a partir de Técnica de SHM e Otimização Não Linear

Abstract

O crescente interesse no monitoramento de vida em estruturas, mais conhecido como SHM - Structural Health Monitoring, está associado com o potencial dessa linha de pesquisa em prognóstico de danos. Essa metodologia baseia-se em identificar danos ou defeitos em uma estrutura, ou parte dela, e determinar a sua vida útil remanescente, trazendo assim, benefícios econômicos e confiabilidade. A existência de trincas em uma estrutura sujeita a cargas cíclicas caracteriza um alerta à integridade estrutural da mesma. Nestas últimas décadas, a preocupação com metodologias que possam ser aplicáveis ao prognóstico de dano tem aumentado consideravelmente, juntamente com o número de estudos sobre o
assunto. Isso decorre da existência de muitas estruturas que já ultrapassaram a estimativa de vida de projeto, mas são viáveis economicamente se ainda mantidas em operação. Nesse trabalho foi proposta uma metodologia interdisciplinar, com o objetivo de obter um modelo
numérico equivalente de uma viga livre, com fissura, através de um modelo de elementos finitos. Para tal fim, foram implementadas técnicas de monitoramento de análises de vibração e Emissão Acústica - EA em conjunto com um algoritmo de otimização não linear. A identificação da trinca ou fissura é obtida por um ajuste de mínimos quadrados entre funções resposta em freqüência - FRF’s medidas e suas equivalentes obtidas por elementos finitos.
Esse ajuste foi realizado minimizando o erro entre as FRFs mencionadas em um ambiente de otimização utilizando algoritmos genéticos. Informações de formas de onda dos sinais de EA, provenientes do crescimento da trinca na estrutura, foram utilizadas para definir a região de busca da localização da trinca. Após a identificação do dano acumulado na estrutura, é possível realizar o prognóstico de vida através de cálculos de Mecânica da Fratura. A
aplicação dessa metodologia é promissora, pois a Emissão Acústica auxilia em um primeiro momento na localização de trincas, reduzindo o intervalo de busca em um ambiente de otimização. O modelo de elementos finitos permite modelar a estrutura com trinca e a dinâmica de estruturas fornece um modelo preciso para a identificação que será realizada em um ambiente de otimização. Um exemplo numérico-experimental está descrito nesse trabalho visando validar a metodologia proposta. São também apresentados os modelos de dano em elementos finitos equivalentes à estrutura real, assim como os resultados da metodologia proposta e as simulações realizadas.