Monitoreo de salud estructural de aeronaves basado en mediciones de impedancia electromecánica

The structural Health Monitoring (SHM) is theprocess of damage detection in many areas ofengineering, like aerospace, civil and mechanics.One of SHM techniques is based on theelectromechanical impedance measurement. Thistechnique monitors the mechanical impedancevariation of the structure, caused by the presenceof damage, through measurements of theelectrical impedance signal of the piezoelectricmaterial bonded on the surface of the monitoredstructure. As the electrical impedance of thePZT patches is directly related to the mechanicalimpedance of the structure, the impedancemeasurements can be used for damage detection.The quantification of the damage is done by ametric, which is attributed a characteristic scalarvalue. In this context, the project developed byFederal University of Uberlandia with partnershipwith EMBRAER, studied the feasibility of thestructural health monitoring technique based onthe electromechanical impedance measurements todetect incipient damage at inaccessible location inthe airplane. This paper presents the results of thistechnique obtained by UFU for the consolidationof this tool. Despite the method is still applied inlaboratory scale applications, it has shown a greatpotential to detect incipient damage in airplanes’structures, like a rivet loss and cracks. This worksalso describes an impedance measurement systemdeveloped at UFU.Se denomina Monitoreo de Salud Estructuralal proceso de detección de anomalías (dañoso degradación) en varias áreas de ingeniería,tales como, aeroespacial, civil y mecánica,principalmente. Una de las técnicas utilizadaspara monitorear la integridad de una estructuraes basada en la medición de impedanciaelectromecánica. Esta técnica monitorea lavariación de impedancia mecánica de unaestructura, causada por la existencia de uno o másdaños, por medio de la medición de la impedanciaeléctrica de las pastillas de material piezoeléctricoacopladas en la superficie de la estructura. Laimpedancia eléctrica de las pastillas piezoeléctricasestá directamente relacionada con la impedanciamecánica de la estructura, es por eso que a partir dela variación de las señales de impedancia medidasse puede concluir la presencia o no de un daño.La cuantificación del daño se hace por mediode una métrica que es especialmente definidapara atribuirle un valor escalar característico.En el marco del proyecto de investigación enconvenio con la EMBRAER, la UniversidadFederal de Uberlândia (UFU), estudia la viabilidaddel uso de la técnica de Monitoreo de SaludEstructural basada en mediciones de impedanciaelectromecánica como una herramienta dedetección de daños incipientes en lugares dedifícil acceso en aeronaves. El presente trabajopresenta los resultados obtenidos en la UFU parala consolidación de esta herramienta, los cualesa pesar de encontrarse todavía en aplicacionesa nivel de laboratorio han mostrado un granpotencial para la detección de daños incipientesen estructuras aeronáuticas, tales como, pérdida deun remache y fisuras. En este trabajo también serádescrito un sistema de medición de impedanciaelectromecánica desarrollado en la UFU

Análise das métricas de dano associadas à técnica da impedância eletromecânica para o monitoramento de integridade estrutural

The basic concept of impedance-based structure health monitoring is the measuring of the variation of the electromechanical impedance of the structure as caused by the presence of damage, by using patches of piezoelectric material bonded on the surface of the structure or embedded in the structure. The measured impedance is directly related to the mechanical impedance of the structure. Based on the variation of the impedance signal, the presence of damage can be determined. In order to quantify damage, a metric is specially defined, which allows to assign a characteristic scalar value to the fault. The objective of this work is to evaluate the various metrics suggested by the literature. Primarily, this work intends to identify small damage in simple structures, evaluating the damage metrics and trying to determine which one shows the best behavior for the purposes of identification. Afterwards, incipient damage in an aeronautical structure, such as the loss of a rivet, is attempted to be identified. Again, the metrics suggested in the literature are evaluated. For this structure, it was statistically evaluated in the perspective of determining if the metrics were actually able to identify the damage. The structure health monitoring method based on the electromechanical impedance was also applied to fatigue tests by monitoring the impedance signal for each previously defined number of cycles. At the end of these tests, a polynomial meta-model was built in order to predict the number of cycles that lead to the collapse of a test sample, based on the measurements of the electromechanical impedance. From the results obtained by this contribution it was possible to conclude that the technique is sensitive to incipient damage. Moreover, it can be observed that, for each analyzed case, one of the metrics is better adjusted than the others. For this reason it is necessary to test all the metrics to determine which one is the most suitable for each problem. Finally, it is observed that it is possible to establish relations between the applied tension cycles in a fatigue test and the measurements of the electromechanical impedance.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoMestre em Engenharia MecânicaO conceito básico da técnica de integridade estrutural baseado na impedância tem a ver com o monitoramento da variação da impedância eletromecânica da estrutura, causada pela presença de dano, através de pastilhas de material piezelétrico coladas na superfície da estrutura ou nela incorporadas. A impedância é medida, sendo esta diretamente relacionada com a impedância mecânica da estrutura. A partir da variação dos sinais de impedância pode-se concluir pela existência ou não de uma falha. Para quantificar esta falha, uma métrica é especialmente definida para atribuir-lhe um valor escalar característico. O objetivo deste trabalho é avaliar as métricas propostas na literatura. Este trabalho pretende inicialmente identificar danos pequenos em estruturas simples, avaliando as métricas de dano e procurando determinar a que apresenta melhor comportamento para fins de identificação. Posteriormente, com um processo similar, procura-se identificar danos incipientes em uma estrutura aeronáutica, tal como a perda de um rebite. Novamente são avaliadas as métricas propostas pela literatura. Para esta estrutura avaliou-se também estatisticamente se as métricas eram realmente capazes de identificar o dano. Aplicou-se ainda o método de monitoramento de integridade estrutural baseado em impedância eletromecânica em ensaios de fadiga, monitorando o sinal de impedância a cada número de ciclos previamente definido. Ao final destes ensaios, foi construído um meta-modelo polinomial para tentar prever número de ciclos que leva ao colapso de um corpo de prova, partindo das medições de impedância eletromecânica. Com os resultados obtidos foi possível concluir que a técnica tem sensibilidade a danos incipientes. Também, pode-se observar que, para cada caso estudado, uma métrica pode ser melhor que as demais, razão pela qual é necessário testar todas as métricas para determinar qual delas é a mais indicada para cada problema. Finalmente, pode-se observar que é possível criar relações entre os ciclos de tensão aplicados em um ensaio de fadiga e as medições de impedância eletromecânica

Artificial intelligence techniques applied to the impedance-based structural health monitoring technique for monitoring damage in aircraft structures

The basic concept of impedance-based structure health monitoring is measuring the variation of the electromechanical impedance of the structure as caused by the presence of damage by using patches of piezoelectric material bonded on the surface of the structure (or embedded into). The measured electrical impedance of the PZT patch is directly related to the mechanical impedance of the structure. That is why the presence of damage can be detected by monitoring the variation of the impedance signal. In order to quantify damage, a metric is specially defined, which allows to assign a characteristic scalar value to the fault. This study initially evaluates the influence of environmental conditions in the impedance measurement, such as temperature, magnetic fields and ionic environment. The results show that the magnetic field does not influence the impedance measurement and that the ionic environment influences the results. However, when the sensor is shielded, the effect of the ionic environment is significantly reduced. The influence of the sensor geometry has also been studied. It has been established that the shape of the PZT patch (rectangular or circular) has no influence on the impedance measurement. However, the position of the sensor is an important issue to correctly detect damage. This work presents the development of a low-cost portable system for impedance measuring to automatically measure and store data from 16 PZT patches, without human intervention. One fundamental aspect in the context of this work is to characterize the damage type from the various impedance signals collected. In this sense, the techniques of artificial intelligence known as neural networks and fuzzy cluster analysis were tested for classifying damage of aircraft structures, obtaining satisfactory results. One last contribution of the present work is the study of the performance of the electromechanical impedance-based structural health monitoring technique to detect damage in structures under dynamic loading. Encouraging results were obtained for this aim.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDoutor em Engenharia MecânicaO conceito básico da técnica de integridade estrutural baseada na impedância tem a ver com o monitoramento da variação da impedância eletromecânica da estrutura, causada pela presença alterações estruturais, através de pastilhas de material piezelétrico coladas na superfície da estrutura ou nela incorporadas. A impedância medida se relaciona com a impedância mecânica da estrutura. A partir da variação dos sinais de impedância pode-se concluir pela existência ou não de uma falha. Para quantificar esta falha, métricas de dano são especialmente definidas, permitindo atribuir-lhe um valor escalar característico. Este trabalho pretende inicialmente avaliar a influência de algumas condições ambientais, tais como os campos magnéticos e os meios iônicos na medição de impedância. Os resultados obtidos mostram que os campos magnéticos não tem influência na medição de impedância e que os meios iônicos influenciam os resultados; entretanto, ao blindar o sensor, este efeito se reduz consideravelmente. Também foi estudada a influencia da geometria, ou seja, do formato do PZT e da posição do sensor com respeito ao dano. Verificou-se que o formato do PZT não tem nenhuma influência na medição e que a posição do sensor é importante para detectar corretamente o dano. Neste trabalho se apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição de impedância de baixo custo e portátil que tem a capacidade de medir e armazenar a medição de 16 PZTs sem a necessidade de intervenção humana. Um aspecto de fundamental importância no contexto deste trabalho é a caracterização do dano a partir dos sinais de impedância coletados. Neste sentido, as técnicas de inteligência artificial conhecidas como redes neurais e análises de cluster fuzzy, foram testadas para classificar danos em estruturas aeronáuticas, obtendo resultados satisfatórios para esta tarefa. Uma última contribuição deste trabalho é o estudo do comportamento da técnica de monitoramento de integridade estrutural baseado na impedância eletromecânica na detecção de danos em estruturas submetidas a carregamento dinâmico. Os resultados obtidos mostram que a técnica funciona adequadamente nestes casos

Monitoreo de salud estructural de aeronaves basado en mediciones de impedancia electromecánica

The structural Health Monitoring (SHM) is theprocess of damage detection in many areas ofengineering, like aerospace, civil and mechanics.One of SHM techniques is based on theelectromechanical impedance measurement. Thistechnique monitors the mechanical impedancevariation of the structure, caused by the presenceof damage, through measurements of theelectrical impedance signal of the piezoelectricmaterial bonded on the surface of the monitoredstructure. As the electrical impedance of thePZT patches is directly related to the mechanicalimpedance of the structure, the impedancemeasurements can be used for damage detection.The quantification of the damage is done by ametric, which is attributed a characteristic scalarvalue. In this context, the project developed byFederal University of Uberlandia with partnershipwith EMBRAER, studied the feasibility of thestructural health monitoring technique based onthe electromechanical impedance measurements todetect incipient damage at inaccessible location inthe airplane. This paper presents the results of thistechnique obtained by UFU for the consolidationof this tool. Despite the method is still applied inlaboratory scale applications, it has shown a greatpotential to detect incipient damage in airplanes’structures, like a rivet loss and cracks. This worksalso describes an impedance measurement systemdeveloped at UFU.Se denomina Monitoreo de Salud Estructuralal proceso de detección de anomalías (dañoso degradación) en varias áreas de ingeniería,tales como, aeroespacial, civil y mecánica,principalmente. Una de las técnicas utilizadaspara monitorear la integridad de una estructuraes basada en la medición de impedanciaelectromecánica. Esta técnica monitorea lavariación de impedancia mecánica de unaestructura, causada por la existencia de uno o másdaños, por medio de la medición de la impedanciaeléctrica de las pastillas de material piezoeléctricoacopladas en la superficie de la estructura. Laimpedancia eléctrica de las pastillas piezoeléctricasestá directamente relacionada con la impedanciamecánica de la estructura, es por eso que a partir dela variación de las señales de impedancia medidasse puede concluir la presencia o no de un daño.La cuantificación del daño se hace por mediode una métrica que es especialmente definidapara atribuirle un valor escalar característico.En el marco del proyecto de investigación enconvenio con la EMBRAER, la UniversidadFederal de Uberlândia (UFU), estudia la viabilidaddel uso de la técnica de Monitoreo de SaludEstructural basada en mediciones de impedanciaelectromecánica como una herramienta dedetección de daños incipientes en lugares dedifícil acceso en aeronaves. El presente trabajopresenta los resultados obtenidos en la UFU parala consolidación de esta herramienta, los cualesa pesar de encontrarse todavía en aplicacionesa nivel de laboratorio han mostrado un granpotencial para la detección de daños incipientesen estructuras aeronáuticas, tales como, pérdida deun remache y fisuras. En este trabajo también serádescrito un sistema de medición de impedanciaelectromecánica desarrollado en la UFU

Monitoreo de salud estructural de aeronaves basado en mediciones de impedancia electromecánica

The structural Health Monitoring (SHM) is theprocess of damage detection in many areas ofengineering, like aerospace, civil and mechanics.One of SHM techniques is based on theelectromechanical impedance measurement. Thistechnique monitors the mechanical impedancevariation of the structure, caused by the presenceof damage, through measurements of theelectrical impedance signal of the piezoelectricmaterial bonded on the surface of the monitoredstructure. As the electrical impedance of thePZT patches is directly related to the mechanicalimpedance of the structure, the impedancemeasurements can be used for damage detection.The quantification of the damage is done by ametric, which is attributed a characteristic scalarvalue. In this context, the project developed byFederal University of Uberlandia with partnershipwith EMBRAER, studied the feasibility of thestructural health monitoring technique based onthe electromechanical impedance measurements todetect incipient damage at inaccessible location inthe airplane. This paper presents the results of thistechnique obtained by UFU for the consolidationof this tool. Despite the method is still applied inlaboratory scale applications, it has shown a greatpotential to detect incipient damage in airplanes’structures, like a rivet loss and cracks. This worksalso describes an impedance measurement systemdeveloped at UFU.Se denomina Monitoreo de Salud Estructuralal proceso de detección de anomalías (dañoso degradación) en varias áreas de ingeniería,tales como, aeroespacial, civil y mecánica,principalmente. Una de las técnicas utilizadaspara monitorear la integridad de una estructuraes basada en la medición de impedanciaelectromecánica. Esta técnica monitorea lavariación de impedancia mecánica de unaestructura, causada por la existencia de uno o másdaños, por medio de la medición de la impedanciaeléctrica de las pastillas de material piezoeléctricoacopladas en la superficie de la estructura. Laimpedancia eléctrica de las pastillas piezoeléctricasestá directamente relacionada con la impedanciamecánica de la estructura, es por eso que a partir dela variación de las señales de impedancia medidasse puede concluir la presencia o no de un daño.La cuantificación del daño se hace por mediode una métrica que es especialmente definidapara atribuirle un valor escalar característico.En el marco del proyecto de investigación enconvenio con la EMBRAER, la UniversidadFederal de Uberlândia (UFU), estudia la viabilidaddel uso de la técnica de Monitoreo de SaludEstructural basada en mediciones de impedanciaelectromecánica como una herramienta dedetección de daños incipientes en lugares dedifícil acceso en aeronaves. El presente trabajopresenta los resultados obtenidos en la UFU parala consolidación de esta herramienta, los cualesa pesar de encontrarse todavía en aplicacionesa nivel de laboratorio han mostrado un granpotencial para la detección de daños incipientesen estructuras aeronáuticas, tales como, pérdida deun remache y fisuras. En este trabajo también serádescrito un sistema de medición de impedanciaelectromecánica desarrollado en la UFU

Hybrid Systems of Nanofibers and Polymeric Nanoparticles for Biological Application and Delivery Systems

Nanomedicine is a new discipline resulting from the combination of nanotechnology and biomedicine. Nanomedicine has contributed to the development of new and improved treatments, diagnoses, and therapies. In this field, nanoparticles have notable importance due to their unique properties and characteristics, which are useful in different applications, including tissue engineering, biomarkers, and drug delivery systems. Electrospinning is a versatile technique used to produce fibrous mats. The high surface area of the electrospun mats makes them suitable for applications in fields using nanoparticles. Electrospun mats are used for tissue engineering, wound dressing, water-treatment filters, biosensors, nanocomposites, medical implants, protective clothing materials, cosmetics, and drug delivery systems. The combination of nanoparticles with nanofibers creates hybrid systems that acquire properties that differ from their components’ characteristics. By utilizing nanoparticles and nanofibers composed of dissimilar polymers, the two synergize to improve the overall performance of electrospinning mats and nanoparticles. This review summarizes the hybrid systems of polymeric nanoparticles and polymeric nanofibers, critically analyzing how the combination improves the properties of the materials and contributes to the reduction of some disadvantages found in nanometric devices and systems

XIV Jornada de Investigación 2023

Eje temático I: derecho, cultura y sociedad: En este eje tamático, se presentan ponencias que tienen como propósito analizar y explicar críticamente, a través de la investigación científica y desde el enfoque interdisciplinar, los derechos humanos, el proceso de estructuración de La convivencia y la equidad en la vivencia de los derechos; los valores, las costumbres, las normas, los estilos de vida, el uso de artefactos y la organización social; los procesos de desarrollo espiritual, de conocimiento científico, de desarrollo tecnológico y estético, y la convivencia y sus implicaciones en lo público y lo privado. Eje temático II: desarrollo humano y sostenible. El segundo eje temático que abordó la XII Jornada de Investigación fue desarrollo humano y sostenible, con ponencias que abarcaron todos aquellos aspectos que van, desde el desarrollo y bienestar individual, pasando por los estudios de las comunidades, para llegar a una comprensión global de la sostenibilidad como un factor determinante de existencia de las sociedades. Eje temático III: gestión y tecnología al servicio de la sociedad. Finalmente, en la XII Jornada de Investigación, se trabajóel eje temático gestión y tecnología al servicio de la sociedad, en el cual se presentaron, desde las diferentes disciplinas, ponencias que aportaron al campo del desarrollo productivo y a la solución de los problemas de la sociedad a través de las oportunidades que una buena gestión y un apropiado uso de la tecnología ofrece. (Tomado de la Fuente)EJE TEMÁTICO I: DERECHO, CULTURA Y SOCIEDAD La respuesta económica a la pandemia dentro del Estado social de derecho colombiano. Los espacios intermediarios como contenedores de experiencias significativas. Análisis del estilo lingüístico aplicado a la psicología jurídica. ¿Dejar o transformar? Cinco puntos para entender la ciudad contemporánea. Studiositas y verdad en la educación centrada en la persona. Los derechos de autor en el contrato de trabajo y de prestación de servicios. Afectación de los derechos sexuales reproductivos femeninos durante el conflicto armado en Colombia. Problemas del acceso a la justicia del campesinado de los páramos de Sumapaz y Santurbán. Vulneración del derecho al agua potable en La Guajira: una falta de garantías. Derechos humanos e inteligencia militar: el dilema de la primacía del interés general sobre el particular. Cuantificación del dolor humano por parte de la justicia colombiana. Retos tecnológicos en el derecho vs. Limitaciones en Colombia en las poblaciones más vulnerables. Construir identidad territorial a través del corredor socioambiental Los Nevados. La naturaleza en la arquitectura: una mirada a la arquitectura del siglo XX. Contrato de trabajo del futbolista profesional. La baja educación en las zonas rurales por consecuencia del conflicto armado y la corrupción en el Estado colombiano. Incidentes de la migración venezolana en el ámbito normativo nacional colombiano e internacional. Legalización definitiva del consumo adulto del cannabis en Colombia: un debate jurídico y constitucional. Wawamia jai, síndrome propio de la cultura: una caracterización de los signos y síntomas de una enfermedad cultural del pueblo indígena emberá-katío. La cruda realidad del reclutamiento de niños, niñas y adolescentes en el conflicto armado en Colombia: una visión nacional e internacional. EJE TEMÁTICO II: DESARROLLO HUMANO Y SOSTENIBLE Migración venezolana en Colombia: perspectiva crítica sobre el derecho de acceso a la salud. El estrés laboral. Una imagen no es tradición: la actualidad de la vivienda raizal en el Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina. Aprendizajes del proceso de diseño basado en la investigación: caso de estudio barrio Concepción Norte, Bogotá, Colombia. Sumapaz como territorio potencial hídrico y patrimonio paisajístico y cultural: modelo de región sostenible. Revisión sistemática del liderazgo digital desde las competencias digitales. Intervenciones psicológicas basadas en evidencia: tendencias actuales. Herramientas pedagógicas para la concientización de la comunidad a partir del reconocimiento de la memoria histórica en el barrio San Benito, Bogotá, Colombia. Diseño sostenible como factor diferencial en la reconversión industrial de las curtiembres en el barrio San Benito, Bogotá, Colombia. Motivación escolar como factor relacionado con el rendimiento académico en estudiantes en extraedad en la Institución Educativa Distrital República de México, sede B, jornada mañana. La realidad de los objetos artificiales. Performance en nuestro diario vivir. ¿Es necesario la modificación del lugar para satisfacer las necesidades del ser humano? ¿Es necesario hacer modificaciones al espacio natural para generar cultura? La arquitectura como síntesis entre los objetos con propósito o sin él. La creación de los objetos y sus impactos en el mundo. ¿Cuáles son los determinantes de las brechas de competencia laboral en el departamento de Cundinamarca, Colombia? Buenas prácticas de habitabilidad. Reconocimiento de la arquitectura doméstica tradicional en Colombia como una pauta de identidad para el diseño de nuevas viviendas. Validación de un instrumento para evaluar la procrastinación académica. Escala de medición de la soledad BATAN. Contraste entre el instrumento para medir la resiliencia en adultos jóvenes de Colombia (CLANP) con CD-RISC 10. Finlandia y naturaleza: país modelo en ratificación de normas y tratados para la protección de los derechos de la naturaleza. EJE TEMÁTICO III: GESTIÓN Y TECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA SOCIEDAD Aplicación de una tecnología limpia desde el diseño resiliente: simulación de un módulo básico de vivienda social en la ciudad de Tunja, Colombia. Recorrido virtual de la Universidad Católica de Colombia Sede Claustro para la inducción de estudiantes y docentes. Evaluación de eficiencia de un prototipo de un sistema de atrapanieblas tipo NRP 3.0 para la vereda Gaunza Arriba, municipio de Guateque, departamento de Boyacá, Colombia. Sistema de Información para la Coordinación de Trabajos de Grado del Programa de Ingeniería de Sistemas de la Universidad Católica de Colombia (SIGETG). Estrategias de sostenibilidad para la reducción de la huella hídrica en la vivienda de la Costa Caribe. Sistema de evaluación de resultados de aprendizaje de la Facultad de Psicología de la Universidad Católica de Colombia. Identificación de tendencias en la implementación de DevOps a partir de una revisión sistemática. Desarrollo de un algoritmo de trading para operar el mercado de divisas a través de ondas de Elliott y números de Fibonacci. Los derechos humanos en el espacio de la inteligencia artificial. Construcción de paz a través del ciberactivismo en redes sociales de cuatro organizaciones juveniles de Bogotá. Las redes sociales digitales como herramienta educativa: una propuesta de investigación-innovación. Videojuego de realidad virtual sobre la extracción y el tráfico ilegal de la fauna silvestre en Colombia. Arquitectura de la información de la plataforma de inteligencia artificial para el estudio neurocognitivo y el apoyo a la salud mental. Inmersión sobre la innovación: perspectivas sobre el derecho al trabajo y la inteligencia artificial en el servicio de justicia. El ciberterrorismo en la legislación colombiana: un análisis desde la criminología. Modelo de fabricación digital de diseño sostenible para vivienda social. Uso de los videojuegos en el campo educativo: ventajas y desventajas. Resolución electrónica de controversias en procesos civiles de mínima cuantía en Colombia. Estrategia de evaluación y promoción de la salud mental en el contexto universitario. Caracterización de técnicas y herramientas de inteligencia artificial utilizadas para el perfilamiento de clientes por las mipymes en Colombia. Transformar el casco urbano del municipio de Líbano, departamento del Tolima, Colombia: un proyecto parque industrial para el intercambio de saberes y revitalización ambiental. Aplicación tecnológica en agricultura urbana para promover la seguridad alimentaria en poblaciones vulnerables. CONCLUSIONE