Monitoramento da integridade em estruturas aeronáuticas

Abstract

Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de uma técnica de monitoramento da integridade estrutural, para identificação e caracterização de falhas estruturais através da metodologia das ondas de Lamb utilizando materiais piezelétricos como sensores e atuadores. Ondas de Lamb são uma forma de perturbação elástica que se propaga guiada entre duas superfícies paralelas livres. Ondas de Lamb são formadas quando o atuador excita a superfície da estrutura com um pulso depois de receber um sinal. Quando uma onda propaga na superfície de uma placa, ela chega em um PZT sensor por diferentes caminhos. Um caminho é quando a onda atinge o sensor diretamente, ou seja, sem obstáculos no caminho em que ela se propaga. Outro caminho possível é quando a onda chega ao sensor após se propagar sobre descontinuidades existentes na superfície da estrutura. Com as várias características dos sinais recebidos, e com o uso de certas técnicas de processamento de sinais, essas falhas podem ser identificadas, realizando-se a ação correta tentando evitar a total falha da estrutura. Nesse contexto, diferentes testes experimentais foram realizados em diferentes tipos de estruturas. Redes de sensores e atuadores piezelétricos foram acopladas na superfície dessas estruturas, a fim de se fazer a configuração das ondas de Lamb. Os PZTs atuadores excitaram a estrutura em altas faixas de frequência. Diferentes tipos de falhas estruturais foram simuladas, através do aumento de massa, alteração de rigidez e através de cortes na borda das estruturas. Quatro índices de falha foram utilizados para detectar a presença da falha na estrutura, são eles: Root- Means-Square Deviation (RMSD), Índice de Falha Métrica (IFM), Norma H2 e Correlation Coefficient Deviation Mean (CCDM). Estes índices foram computados através dos sinais de entrada e de saída no domínio da frequência...

This work presents the study and development of a Structural Health Monitoring technique for identification and characterization of structural damages based on Lamb waves methodology using piezoelectric materials as actuators and sensors. Lamb waves are a form of elastic perturbation that remains guided between two parallel free surfaces. Lamb waves are formed when the actuator excites the structure’s surface with a pulse after receiving a signal. When the wave propagates on the structure, it comes in a PZT sensor from different paths. One path is when the wave reaches the sensor directly, i.e. without obstacles in the path in which it propagated. Another possible path is when the wave reaches the sensor after spreads on discontinuities in the structure’s surface. Damages can be detected and located through several features of the received signals and with the use of certain techniques of signal processing. In this context, several experimental tests were performed on different kinds of structures. Piezoelectric actuators and sensors networks were attached on the surface of these structures in order to make the Lamb waves configuration. The PZTs actuators excited the structure in high frequency ranges. Different kinds of structural damages were simulated by increasing mass, reduction of stiffness and cuts through the edge of the structures. Four damage-sensitive indexes were used to detect the presence of the damage in the structure: Root-Means-Square Deviation (RMSD), Metric Damage Index (MDI), H2 Norm and Correlation Coefficient Deviation (CCDM). These indices were computed in the frequency domain. The results showed the viability of the Lamb waves methodology for Structural Health Monitoring system using smart materials as actuators and sensors