Identificação experimental de trincas em vigas para monitoramento de integridade estrutural

Orientador : Prof. Dr. Carlos Alberto BavastriCoorientador : Prof. Dr. Juan Elías Perez IpiñaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 16/11/2017Inclui referências : f. 81-86Resumo: Vários avanços na área de monitoramento de integridade estrutural (SHM, do inglês Structural Health Monitoring) e em técnicas de identificação de trincas foram alcançados nos últimos anos. Apesar disso, o uso destas técnicas para identificação de trincas em vigas em aplicações industriais ainda é discreto. Algumas razões podem ser apontadas para explicar este fato: alguns métodos propostos são inviáveis de um ponto de vista econômico ou logístico; as trincas são detectadas apenas quando elas já apresentam uma profundidade avançada; as estruturas a serem monitoradas estão sujeitas a carregamentos aleatórios, fazendo com que os métodos que usam excitações determinísticas não sejam representativos da situação real. Considerando este cenário, o objetivo deste trabalho é propor um método que possibilite a identificação e o monitoramento de trincas em vigas com um viés em condições operacionais, isto é, um método que identifique pequenas trincas remotamente e em tempo quase real, em vigas sujeitas a carregamentos quaisquer, com apenas um único acelerômetro. Para alcançar este objetivo, o método proposto combina um procedimento experimental baseado em uma análise modal operacional (AMO), um modelo numérico-computacional da viga danificada criado com o método dos elementos finitos (MEF) e um problema de otimização, resolvido através dos algoritmos genéticos (AG). O método foi testado sobre uma viga de aço, na qual trincas de diferentes profundidades foram inseridas. Um outro método, previamente proposto pelo mesmo grupo de pesquisa, foi replicado com o objetivo de identificar o dano na mesma viga. Este procedimento permitiu uma comparação direta entre os dois métodos. Os resultados mostraram que a posição e a profundidade da trinca podem ser determinadas pelo método atual com uma exatidão apropriada para muitas aplicações de engenharia. O método proposto tem várias vantagens sobre o anterior, já que ele identifica o dano em todos os casos estudados, é menos suscetível a erros experimentais, é mais aplicável quando as estruturas monitoradas estão localizadas em locais de difícil acesso e necessita de menos equipamentos. As limitações atuais sobre o seu uso também são discutidas. Palavras-chave: Identificação de trincas. Análise modal operacional (AMO). Monitoramento de integridade estrutural (SHM). Algoritmos genéticos (AG).Abstract: Several advances in the Structural Health Monitoring (SHM) field and in crack identification techniques were achieved in recent years. Nonetheless, the use of those techniques for crack identification in beams for industrial applications is still modest. A few reasons can be pointed to explain this fact: some proposed methods are unfeasible from the economic or logistic point of view, or the cracks are only detected when they already present an advanced depth, or the structures intended to be monitored are subjected to random loads, causing the methods using deterministic excitations to be unrepresentative of the actual situation. Considering that, the objective of this study is to propose a method that makes it possible to identify and monitor cracks in beams aiming at operational conditions, i.e., a method to identify small cracks remotely and almost in real time, in beams subjected to unknown loading, minimizing the measurement equipment used to a single accelerometer. To achieve so, the proposed method combines an operational modal analysis (OMA) based experimental procedure, a numerical-computational model of the damaged beam using the finite element method (FEM) and an optimization problem, solved by using the genetic algorithm (GA). The method was tested on a steel beam, into which cracks with different depths were inserted. Another method, previously proposed by the same research group for crack identification, was replicated, aiming at identifying the damage on the same beam. This allowed a direct comparison between the two methods. The results have shown that crack position and depth can be determined with appropriate accuracy by the current method for many engineering applications. The proposed methodology has several advantages over the previous one, since it identifies the damage in all the studied cases, is less susceptible to experimental errors, is more applicable when the monitored structures are set in difficult access places and requires less equipment. The current limitations on its use were also discussed. Key-words: Crack identification. Operational modal analysis (OMA). Structural health monitoring (SHM). Genetic algorithm (GA)

Ruído ambiental : avaliação acústica de edificações

Orientador : Prof. Dr. Paulo Henrique Trombetta ZanninO título da capa e do termo de aprovação são diferentes da folha de rosto de onde foram retirados os dados para catalogaçãoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 25/03/2014Inclui referênciasResumo: Como outras metrópoles brasileiras e do mundo, Curitiba sofre os efeitos decorrentes da poluição sonora caracterizada pelo ruído urbano. Este problema de saneamento ambiental não possui solução única, sendo necessárias ações de controle de ruídos nas fontes de emissão, caminho de propagação e receptores. Neste contexto, o isolamento sonoro de fachadas apresenta-se como importante ferramenta para a mitigação deste problema ambiental, atuando no caminho de propagação. O presente trabalho avaliou, através de medições in situ, treze situações de fachadas de edificações em Curitiba, de diferentes materiais construtivos e em diferentes locais da cidade. Destas, dez apresentaram desconformidades com a norma brasileira NBR 15.575/2012 e com o Regulamento dos Requisitos Acústicos de Edificações (RRAE) de Portugal, segundo o parâmetro diferença padronizada de nível ponderada – D2m,nT,w. Em três fachadas, aberturas de aproximadamente 0,5 cm foram deixadas propositalmente em portas e janelas, a fim de estudar o efeito causado pelas mesmas sobre a qualidade o isolamento sonoro das edificações. Foram constatadas reduções de 2 a 3 dB sobre a diferença padronizada de nível ponderada quando foram deixadas as frestas, em comparação com a situação em que portas e janelas estavam completamente fechadas. Simulações de isolamento sonoro foram realizadas utilizando-se o software BASTIAN, a fim de propor soluções para o dimensionamento do isolamento sonoro de fachadas cujos desempenhos ficaram aquém do mínimo estabelecido pelas normas. Valores de mercado de elementos de fachadas foram pesquisados em setembro de 2013, permitindo ao leitor um vislumbre sobre as quantias monetárias necessárias para o tratamento acústico das fachadas simuladas. Um mapa acústico tridimensional foi elaborado utilizando-se o software Predictor, em uma região no centro de Curitiba. Um prédio de aproximadamente 82 m de altura foi tomado como estudo de caso, onde uma metodologia para o dimensionamento do isolamento sonoro para edificações de vários pavimentos foi proposta. Os resultados demonstraram que a qualidade do isolamento sonoro de edificações brasileiras é baixa, devido, principalmente, a imperfeições construtivas e ao uso de materiais com propriedades acústicas desfavoráveis. Palavras chave: isolamento sonoro de fachadas, ruído ambiental, mapeamento acústico, acústica de edificações.Abstract: As other metropolis from Brazil and around the world, Curitiba is exposed to the effects caused by noise pollution characterized by urban noise. Noise control measures act on emission sources, propagation paths and receptors. Thereby, environmental sanitation problem does not have a unique solution. In this context, façade sound insulation plays an important role in the mitigation of this environmental problem, acting in the propagation path. The present work has evaluated, through in situ measurements, edifications façade in thirteen different situations at Curitiba. The situations varied due to the buildings location and the façades constructive materials. From the thirteen situations, ten presented irregularities with the Brazilian standard NBR 15.575/2012 and with the Regulamento dos Requisitos Acústicos de Edificações (RRAE) from Portugal, according to the parameter weighted standardized level difference – D2m,nT,w. In three façades, gaps of approximately 0,5 cm were intentionally left in doors and windows, with the purpose of studying the effects caused by them on edification sound insulation quality. Reductions of 2 up to 3 dB were noticed over the weighted standardized level difference, comparing with the situations where doors and windows were completely closed. In some situations where performance did not reach the minimum proposed by the standards, the software BASTIAN was used to make simulations, in order to develop solutions for the dimensioning of façade sound insulation. Façade elements market values were researched in September 2013, giving the reader an idea about the monetary quantities needed for the acoustical treatment of the simulated façades. A tridimensional noise map in Curitiba downtown area was elaborated using the software Predictor. A building of approximately 82 m high was taken as a case study, where a methodology for the dimensioning of several floors edification sound insulation was proposed. The results have shown that the sound insulation quality of Brazilian buildings is low, mainly due to constructive imperfections and the use of materials with unfavorable acoustical proprieties. Key words: façade sound insulation, environmental noise, noise mapping, building acoustics

Experimental identification of structural changes and cracks in beams using a single accelerometer

Several advances in the structural health monitoring field and in crack identification techniques were achieved in recent years. Nonetheless, the use of those techniques for crack identification in beams by the industry is still modest. A few reasons can be pointed to explain this fact: some proposed methods are unfeasible from the economic or logistic point of view, or the cracks are detected only when they already present an advanced depth, or the structures intended to be monitored are subjected to random loads, causing methods using deterministic excitations to be unrepresentative of the actual situation. Considering this, the objective of this study is to propose a method that could make it possible to identify and monitor cracks in beams aiming at operational conditions, i.e., a method to identify small cracks remotely and in almost real time, in beams subjected to unknown random loading, minimizing the measurement equipment used to a single accelerometer and a remote computer. To achieve so, the proposed method combines an operational modal analysis (OMA) based experimental procedure, a numerical-computational model of the damaged beam using the finite element method and an optimization problem, solved by using the genetic algorithm (GA). The method was preliminary tested on a steel beam, into which structural changes simulating cracks with different depths were inserted. The method was also tested on numerically generated data with noise. The found results are encouraging, since they have shown that crack position and depth can be determined with appropriate accuracy for many engineering applications. The limitations on the proposed method were also discussed.Fil: de Oliveira Filho, Marcus Vinícius Manfrin. Universidade Federal do Paraná; BrasilFil: Perez Ipiña, Juan Elias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Comahue; ArgentinaFil: Bavastri, Carlos Alberto. Universidade Federal do Paraná; Brasi