Determinação de patologias estruturais usando modelagem numérica e transformadas de wavelet

Abstract

Nos últimos anos, observa-se grande interesse por parte da comunidade científica nas pesquisas associadas à detecção de danos em estruturas, utilizando métodos numéricos com objetivo de auxiliar as técnicas não destrutivas aplicadas no monitoramento do desempenho, patologia e da saúde de estruturas civis. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é contribuir para o estudo de detecção de danos em estruturas, utilizando modelagem numérica em elementos finitos e transformadas de wavelet. Para isto, diversas situações de danos foram simuladas numericamente em vigas, treliças e pontes, e, em seguida, sinais de deslocamento e modos de vibração foram utilizados para avaliar a eficiência das transformadas de wavelet na detecção de danos para diferentes condições de contorno e de carregamentos aplicados nestas estruturas. Além disso, foi analisada a influência da introdução do ruído nos sinais usados no processo de detecção do dano. Nas simulações numéricas os programas ANSYS11.0 e SAP2000 foram utilizados para gerar os sinais de deslocamento e, também, modos de vibração de estruturas danificadas e, posteriormente, as transformadas de wavelet destes sinais foram calculadas através do programa MATLAB. 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, distintamente do que ocorre em regiões sem dano onde estes coeficientes não apresentam grandes amplitudes. Assim sendo, o uso das transformadas de wavelet mostra-se promissor no processo de detecção e monitoramento de danos em estruturas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

In recent years, there is a large interest in the scientific community in the researches associated on damage detection in structures using numerical methods with the goal to help in the non-destructive techniques applied to performance monitoring, pathology and structural health of civil structures. In this sense, the objective of this research is to contribute for the study of damage detection in structures using numerical finite element modeling and wavelet transforms. For this, many damage scenarios were simulated numerically in beams, trusses and bridges and then displacements signals and mode shapes were used to evaluate the efficiency of wavelet transforms in detecting damages for different boundary conditions and loadings applied to such structures. Moreover, it was analyzed the influence of noise introduction in the signals used for damage detection process. In the numerical simulations the ANSYS11.0 and SAP2000 programs were used to generate the signals of displacement and also mode shapes in damaged structures and after that, the wavelet transforms of these signals were computed using MATLAB program. The results shows that the wavelet transforms are able to detect even small damages through wavelet coefficients which achieve large amplitudes in the damaged region, differently of what takes place in regions without damage where these coefficients do not show large amplitudes. Therefore, the use of wavelet transform appears to be promising in the process of detection and monitoring damaged structures.