Avaliação estrutural : influência do ruído nos métodos de detecção de danos baseados na análise das propriedades dinâmicas

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2005.Nas últimas décadas, estruturas de grande porte como pontes ou estádios têm registrado danos que podem comprometer suas condições de uso. Quando há suspeita de danos em estruturas, são realizados ensaios para verificar a sua condição. Entre os ensaios não destrutivos existentes para determinação de danos ressaltam-se os dinâmicos, que são usados para determinar as características dinâmicas das estruturas. As características dinâmicas de uma determinada estrutura são propriedades inerentes ao estado da mesma e, deste modo, se a estrutura está danificada, as suas características serão alteradas em maior ou menor grau, dependendo do local e da severidade do dano. Deste modo, vários métodos de detecção de danos utilizam as alterações das características dinâmicas, de forma a determinar se a estrutura encontra-se danificada, em que posição e com que intensidade. Neste trabalho, simula-se numericamente um ensaio dinâmico experimental para analisar a aplicabilidade de dois métodos de detecção de danos, considerando a presença do ruído nos sinais. Para tal simulação, utilizam-se estruturas simples de vigas submetidas a um carregamento impulsivo. A análise é realizada aplicando-se o Método dos Elementos Finitos, para modelar a estrutura, e a integração de Newmark, para obter os históricos de deslocamento em função do tempo. Esses históricos são acrescidos de ruído branco com várias intensidades, de maneira a simular adequadamente um ensaio dinâmico. O dano é simulado pela redução das propriedades geométricas do elemento previamente escolhido. Utilizando um método de identificação de sistemas determinam-se as características dinâmicas das vigas em análise. Obtidas as frequências e modos de vibração, foram empregados dois métodos para avaliação da integridade estrutural, o Método de Alteração na Curvatura e o Método do Erro Residual. Posteriormente, foram implementadas formulações híbridas entre os métodos acima mencionados e a técnica de Redes Neurais Artificiais, que auxiliam na determinação do dano e na sua quantificação. Observou-se que o ruído afeta o processo de avaliação estrutural, dificultando a correta localização e quantificação da região danificada. Verificou-se também que o processo de localização do dano é mais bem sucedido do que o da quantificação. Além do mais, a correta determinação do dano depende da localização e intensidade deste.In the last years, structures such as bridges and stadiums have registered damage that can compromise its conditions. When the structure is suspected of being structurally damaged, non-destructive test are conducted to verify its condition. Among the non-destructive test available for the determination of damage, the dynamic test stand out as an alternative, which are used to determine the dynamic characteristic of a structure. The dynamic characteristics of a structure are properties that depend on its conditions, and if the structure is damaged, the properties will be changed depending on the location and severity of the damage. Based on this idea, a various damage detection methods use changes in dynamic properties to locate the damage and quantify its intensity. This work presents a numeric simulation of a dynamic test to determine the applicability of two methods, considering the presence of noise in the signals. To achieve that, a simple beam is used submitted to an impulsive force. The analysis is made using Finite Element Method to describe the structure and the Newmark integration to obtain the displacement data. Various intensities of a white noise is added to previously obtained displacement data to adequately simulate a dynamic test. The damage is simulated by reduction of geometric properties of the previously selected element. Using a system identificarion method, the dynamic characteristics of the analyzed beams are obtained. O ver the frequencies and mode shapes obtained, two damage detection methods were used: the Damage Detection from Changes in Curvature Mode Shapes, and the Residual Error Method. After that, hybrid formulations between the methods mentioned above and the technique of Artificial Neural Networks, that facilitate the determination of damage and in its quantificar ion, where implanted. Those hybrids formulation helps the damage detection methods used to not only locate but also to quantify the damage. It was observed that the noise affects the structural evaluation process, difficulting the correct localization and quantification of the damaged region. It was also observed that, the process of locating the damages is more efficient as compared to the quantification process. The correct damage detection depends, also, on the location and severity of the damage