Estudo e modelagem de sistemas de detecção de danos em estruturas mecânicas baseados na impedância eletromecânica - Antunes, Rothschild Alencastro (2019)
As técnicas de detecção de danos baseadas na Impedância Eletromecânica (EMI) baseiam-se na capacidade dos materiais piezoeléctricos em atuar como sensores e atuadores e contribuem para o desenvolvimento de sistemas de Structural Health Monitoring (SHM). As técnicas clássicas baseadas na EMI utilizam um transdutor Pb-Lead Zirconate Titanite (PZT ) ligado à estrutura monitorada e medem a assinatura de impedância do PZT. No entanto, as técnicas baseadas na EMI dependem de diferentes fatores, como faixa de frequência, número de PZT, temperatura ambiente, tipo de estrutura, entre outros. Assim, para demonstrar a eficácia dos métodos baseados na EMI, faz-se necessário realizar experimentos práticos, o que não é uma tarefa trivial, considerando tais fatores. Portanto, neste trabalho são estudados e propostos procedimentos para criar modelos numéricos, usando elementos finitos (FE), de técnicas baseadas na EMI usando o software PZFlex®. Além disso, os modelos desenvolvidos são usados para propor uma técnica inovadora de compensação de temperatura em sistemas baseados na EMI. Foram modeladas, simuladas e analisadas algumas estruturas clássicas como placa-de-alumínio/PZT e tubo-de-aço/PZT. Os resultados das simulações foram comparados com os equivalentes obtidos com modelos experimentais reais e mostraram-se fortemente correlacionados, indicando que o modelo proposto pode ser uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento de técnicas de SHM baseadas na EMI. Foram realizadas simulações para analisar o comportamento das assinaturas sob o efeito da temperatura, mudando os valores dos parâmetros em função da temperatura, da cerâmica piezelétrica de PZT, da estrutura e do conjunto estrutura/PZT como um todo, para uma faixa de temperatura de -40ºC a 80ºC e uma faixa de frequência de 5 kHz a 125 kHz. Finalmente, é aplicado um mecanismo efetivo de compensação do efeito da variação da temperatura em toda faixa de frequência analisada.