Monitoramento da integridade estrutural a partir de sensoriamento de baixo-custo: investigação de índices de dano e de efeitos de variáveis ambientais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Melo, Rafael Faria
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16803
Resumo: Structures are constantly subjected to external inputs, such as the application of forces, wind actions, temperature variations, among others, which can generate wear, noise and failures. Hence, techniques for monitoring the structural integrity are being increasingly applied nowadays. In this methodology, sensors are implemented to measure vibrations and identify changes in vibration parameters generated by these inputs in real time, making it possible to predict and anticipate necessary maintenance, which increases the longevity and safety of systems in general. However, the sensors and data acquisition systems commonly used today demands intensive financial investment. Thus, an instrumentation was performed using a low-cost sensor, of microelectromechanical origin, in a simple structure with 2 degrees of freedom, under the action of vibrations generated by an impact-type input, in order to investigate damage indexes based on natural frequency variations, as well as identifying the influence of environmental variables present. It was simulated damage to the structure through cuts in one of the supporting beams and natural frequency data were extracted for different environmental conditions and different levels of damage. Regarding the effects of environmental variables, a directly proportional relationship between temperature and natural frequencies was found, although almost negligible. Regarding the damage levels, more significant frequency variations were observed as the damage increased. It was found that the implemented acquisition system is suitable to be used for damage detection in structures and that environmental variables can influence the determined natural frequencies. In this sense, the need of measuring environmental variables during the structural monitoring was verified in order to obtain a correct identification of the true state of the system.
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In this methodology, sensors are implemented to measure vibrations and identify changes in vibration parameters generated by these inputs in real time, making it possible to predict and anticipate necessary maintenance, which increases the longevity and safety of systems in general. However, the sensors and data acquisition systems commonly used today demands intensive financial investment. Thus, an instrumentation was performed using a low-cost sensor, of microelectromechanical origin, in a simple structure with 2 degrees of freedom, under the action of vibrations generated by an impact-type input, in order to investigate damage indexes based on natural frequency variations, as well as identifying the influence of environmental variables present. It was simulated damage to the structure through cuts in one of the supporting beams and natural frequency data were extracted for different environmental conditions and different levels of damage. Regarding the effects of environmental variables, a directly proportional relationship between temperature and natural frequencies was found, although almost negligible. Regarding the damage levels, more significant frequency variations were observed as the damage increased. It was found that the implemented acquisition system is suitable to be used for damage detection in structures and that environmental variables can influence the determined natural frequencies. In this sense, the need of measuring environmental variables during the structural monitoring was verified in order to obtain a correct identification of the true state of the system.Estruturas estão constantemente submetidas a entradas externas, sejam elas provenientes da aplicação de forças, ações do vento, variações de temperatura, entre outras, as quais podem gerar desgastes, ruídos e falhas. Por isso, técnicas de monitoramento da integridade estrutural vêm sendo cada vez mais aplicadas na atualidade. Nessa metodologia, sensores são implementados para a medição de vibrações e identificação de alterações nos parâmetros vibratórios geradas por essas entradas em tempo real, sendo possível prever e antecipar manutenções necessárias, o que aumenta a longevidade e a segurança dos sistemas. Entretanto, os sensores e placas de aquisição de dados utilizados atualmente apresentam um alto custo. Assim, foi realizada a instrumentação por meio de um sensor de baixo-custo, de origem microeletromecânica, em uma estrutura simples com 2 graus de liberdade, sob ação de vibrações geradas por uma entrada na forma de impacto, a fim de investigar índices de dano com base em variações de frequência natural, bem como identificar a influência de variáveis ambientais. Foram simulados danos na estrutura por meio de cortes em uma das vigas de sustentação e extraídos dados de frequência natural para diferentes condições ambientais e diferentes níveis de dano. Com relação aos efeitos de variáveis ambientais, constatou-se uma relação diretamente proporcional entre temperatura e frequências naturais, porém quase desprezível. Já com relação aos níveis de dano, foram observadas variações mais significativas de frequência à medida em que os danos aumentaram. Constatou-se que o sistema de aquisição implementado tem potencial para identificação de danos em estruturas e que variáveis ambientais podem influenciar nas frequências naturais determinadas. Nesse sentido, verificou-se a necessidade de se acompanhar variáveis ambientais durante o monitoramento estrutural para se obter uma identificação correta do estado do sistema.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Mecânica - EMecUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSensores de baixo-custoMonitoramento de vibraçõesManutenção preditivaMEMSSHMLow-cost sensorsVibration monitoringPredictive maintenanceENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOSMonitoramento da integridade estrutural a partir de sensoriamento de baixo-custo: investigação de índices de dano e de efeitos de variáveis ambientaisStructural health monitoring using low-cost sensing: investigation of damage indicators and the effects of environmental variablesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis600600e25bf601-09ae-4b03-9190-e9a2dfd85fb2reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTCC_2022-04_RF_Melo.pdfTCC_2022-04_RF_Melo.pdfTCC RF Meloapplication/pdf3635063https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16803/1/TCC_2022-04_RF_Melo.pdf24c7ec202ca845568f77304aae0072e1MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16803/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTCC_2022-04_RF_Melo.pdf.txtTCC_2022-04_RF_Melo.pdf.txtExtracted texttext/plain66079https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16803/3/TCC_2022-04_RF_Melo.pdf.txt82ce6a19e83bc6da96e3dc86f3356decMD53THUMBNAILTCC_2022-04_RF_Melo.pdf.jpgTCC_2022-04_RF_Melo.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7642https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16803/4/TCC_2022-04_RF_Melo.pdf.jpg1e7becbd072be420b10780e0b93bde34MD54ufscar/168032023-09-18 18:32:32.535oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16803Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:32Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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