Detecção de falhas e reparos estruturais passivos e ativos

Resumo

O objetivo geral deste projeto é o de integrar a capacitação de grupos de pesquisa da UNICAMP num esforço interdisciplinar para o desenvolvimento de métodos de detecção de falhas e análise de reparos estruturais passivos e ativos. As indústrias aeronáutica, petrolífera e da construção civil demandam técnicas eficientes de detecção de falhas e de projeto de reparos estruturais, que se pretende desenvolver com a participação de pesquisadores das Faculdades de Engenharia Mecânica e Civil. Ao longo do projeto pretende-se ainda estreitar as colaborações já existentes com a Faculdade de Engenharia Elétrica e com o Instituto de Física. Este esforço de pesquisa se desdobra em três aspectos: O primeiro considera primordialmente a detecção de falhas estruturais através de métodos experimentais. Os métodos de investigação a serem empregados utilizam medidas de vibração e ruído de alta densidade espacial e têm o potencial de detecção e localização de falhas. Nesta linha de trabalho serão investigadas técnicas experimentais ópticas e acústicas. A abordagem de análise do fluxo de energia será utilizada para a detecção de falhas estruturais. Estas técnicas são baseadas em medidas espacialmente densas, geralmente em freqüências mais elevadas, acima dos primeiros modos de vibrar das estruturas. O segundo refere-se ao desenvolvimento de técnicas de predição numéricas e semi-analíticas associadas à detecção de falhas e aos reparos passivos estruturais. As técnicas de predição numéricas estarão baseadas na análise e síntese numérica de placas e cascas de materiais compósitos colados. O objetivo é a análise de estruturas trincadas, reparadas pelo uso de placas e cascas de compósitos laminados coladas. Para modelar as estruturas serão usadas formulações de elementos de contorno e de elementos finitos para placas e cascas que permitam considerar a presença de tensões de cisalhamento nos planos normais à superfície. Para modelar o reparo, serão usadas formulações sem considerar a presença de tensões cisalhantes nos planos normais à superfície da casca. Procedimentos de otimização estrutural para a definição de forma e topologia ótimas dos reparos serão implementados. Como os métodos numéricos convencionais de modelagem do comportamento das estruturas mecânicas não são bem adaptados à análise dinâmica em altas freqüências, serão investigados também métodos semi-analíticos. Mesmo com os meios computacionais mais poderosos, alguns problemas de análise e otimização são intratáveis ou, pelo menos, antieconômicos. Recentemente vêm atraindo a atenção da comunidade científica e de engenharia métodos que podem ser classificados como semi-analíticos. Nestes métodos o problema tridimensional é resolvido em duas dimensões de forma analítica e na dimensão restante através de uma abordagem numérica. Este enfoque tem por objetivo desenvolver métodos semi-analíticos de modelagem que permitam tratar problemas de painéis reforçados em uma larga faixa de freqüências, com a inclusão de modelos de falhas estruturais. O terceiro aspecto do problema consiste no desenvolvimento de reparos estruturais ativos, utilizando sensores e atuadores que procuram compensar a falha estrutural, evitando a propagação desta. Neste enfoque são considerados o problema de otimização no projeto simultâneo da estrutura e do sistema de controle, as metodologias de controle ótimo e robusto para levar em conta as incertezas dinâmicas e paramétricas do modelo estrutural, aspectos relacionados às características dos sensores e atuadores e sua influência no problema de controle, bem como a questão da verificação experimental dos resultados encontrados. (AU)