Efeitos de descontinuidades na propagação de ondas em estruturas unidimensionais

Abstract

This work presents a study on wave propagation in one-dimensional structures, such as rods and beams, and analyses the effects of structural discontinuities on wave motion. The motivation of this project is the Structural Health Monitoring (SHM), technique used in engineering to detect the presence of damage in mechanical structures in several types of industries like: civil, automobile, aeronautical, thus, avoiding future problems and financial costs. There are several techniques for SHM application, and some of them use wave propagation. The use of waves is a tool sought by companies as a non-destructive technique and for being able to characterise geometric discontinuities. Elastic waves scatter their energy when they reach a discontinuity, and this is characterised by the reflection and transmission coefficients of the discontinuity. In this context, these coefficients are studied for two situations: with longitudinal waves guided by rods and with bending waves guided by beams. In this work, two different types of damage are modelled through basic mechanical elements such as mass, spring and damper. Additionally, structures with geometric discontinuity are investigated and compared with the models previously developed in order to gain physical insight into their dynamic behaviour

Este trabalho apresenta o estudo da propagação de ondas em estruturas unidimensionais, como barras e vigas, bem como a metodologia utilizada para a análise de resposta das ondas quando submetidas a descontinuidades estruturais. A motivação deste projeto é o Monitoramento da Integridade Estrutural, SHM, técnica utilizada em engenharia para detectar a presença de falhas em estruturas mecânicas em vários tipos de indústrias como: civis, automobilísticas, aeronáuticas, evitando, assim, problemas futuros e gastos monetários. Existem diversas técnicas para a aplicação de SHM, uma delas utiliza a propagação de ondas. A utilização de ondas é uma ferramenta bastante procurada por empresas atualmente por ser uma técnica não destrutiva e por caracterizar descontinuidades geométricas. Ondas elásticas dispersam sua energia quando encontram uma descontinuidade, portanto, é possível observar o que acontece nesta divisão através dos coeficientes de reflexão e transmissão. Neste contexto, estes coeficientes são modelados e estudados em duas situações: com ondas longitudinais guiadas por barras e com ondas de flexão guiadas por vigas. Neste trabalho, são modelados diferentes tipos de falhas com arranjos de elementos básicos da mecânica: massa, mola e amortecedor. Os dois tipos de ondas submetidas a esses elementos possuem características específicas observadas inclusive no modelamento matemático. Adicionalmente, elaboram-se estruturas com descontinuidade geométrica para aplicação e correlação dos modelos previamente desenvolvidos visando uma relação de frequências de excitação necessárias para qualificação de diferentes formas de descontinuidades localizada para estrutura de material definido