Damage identification in metal beams using wavelets and numerical and experimental data

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2013.A maioria dos métodos tradicionais de identificação de danos em estruturas precisa da resposta estática ou dinâmica da estrutura intacta. Nos últimos anos, alguns procedimentos utilizam somente a resposta da estrutura danificada foram desenvolvidos, obtendo-se bons resultados. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma metodologia que permite a localização de danos em estruturas com a Transformada de Wavelet. O método foi desenvolvido de forma experimental e numérica. Na análise experimental foram testadas quatro vigas (perfis-I) de aço biapoiadas, submetidas a um carregamento concentrado no meio do vão e com danos induzidos no flange dos perfis. Na análise numérica, as mesmas vigas utilizadas na análise experimental foram modeladas no ANSYS, utilizando três elementos disponíveis da biblioteca do programa. As respostas estáticas (ou deslocamentos) e as respostas dinâmicas (ou modos de vibração) foram obtidas e processadas através do MATLAB para posteriormente aplicação do método de interpolação, do método de regularização de Tikhonov, e finalmente das Transformadas Discreta e Continua de Wavelet. Os resultados obtidos mostraram que as transformadas de wavelet são capazes de detectar danos, até mesmo, de pequenas dimensões através dos coeficientes de wavelet que alcançam grandes amplitudes na região danificada. Assim sendo, o uso das transformadas de wavelet mostra-se promissor no processo de detecção e monitoramento de danos em estruturas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTThe most traditional methods of damage identification in structures need the static or the dynamic response of the intact structure. In the last years, some procedures that only use the damaged response of the structure have been developed, which obtained good results. The aim of this study was the development of a methodology that allows the location of damage in structures using Wavelet Transform. The method was developed experimentally and numerically. In the experimental analysis four simply supported steel beams (profile-I) were tested. The beams were subjected to a concentrated load at mid-span and to an induced damage in the flange of the steel I-section. For the numerical analysis was used the same beams tested in the experimental analysis. In this way, these beams were modeled in the ANSYS software using three available elements in the program library. The static (or displacements) and dynamic (or mode shapes) responses obtained were processed in MATLAB and after that an interpolation method was applied so that more data along the beams in obtained. The data from MATLAB was used to apply the Tikhonov regularization method, and finally the Discrete and Continuous Wavelet Transform. The results showed that the wavelet transforms are able to detect damage, even for small damages using the wavelet coefficients that reach large amplitudes in the damaged region. Thus, the use of wavelet transforms is promising in the detection process and monitoring of damage in structures