Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração

O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos, quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura. A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados. Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial. Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos, assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos.

Influência de um extrato aquoso de Coriandrum sativum na marcação in vitro de constituintes sanguíneos com tecnécio-99m e de sua associação com vibração gerada por plataforma oscilante na biodistribuição do radiofármaco Na99mTcO4 e na concentração de biomarcadores em ratos Wistar

Coriandrum sativum, conhecido popularmente como coentro, é um vegetal usado na alimentação humana. Também é utilizado como planta medicinal para tratamento de diabetes, complicações gastrintestinais, e como um antiedêmico, antisséptico e emenagogo. Em investigações acerca dos efeitos do extrato de plantas, é importante a determinação de alguns parâmetros físico-químicos. Diversos modelos experimentais têm sido usados, inclusive com o emprego de radionuclídeos. Em procedimentos da Medicina Nuclear que auxiliam o diagnóstico de doenças, o tecnécio-99m (99mTc) é o radionuclídeo mais utilizado. Hemácias marcadas com 99mTc estão entre as várias estruturas celulares que podem ser marcadas com este radionuclídeo e usadas como radiofármaco. Para a marcação com 99mTc é necessária a presença de um agente redutor, e o mais utilizado é o cloreto estanoso (SnCl2). As terapias com drogas e condições de dieta além de doenças podem alterar a marcação de constituintes sanguíneos, bem como a biodistribuição de diferentes radiofármacos. A exposição às vibrações geradas por plataforma oscilatória produz exercícios de corpo inteiro. O objetivo deste estudo foi caracterizar a preparação de um extrato do Coriandrum sativum, através de parâmetros físico-químicos, verificar os efeitos desse produto natural na radiomarcação de constituintes sanguíneos e em associação à vibração gerada pela plataforma na biodistribuição de Na99mTcO4 e na concentração de alguns biomarcadores. O extrato de coentro teve a o pico de absorbância em 480 nm. O extrato de coentro foi inversamente correlacionado com a concentração na condutividade elétrica. Foi encontrado o maior valor de pH na menor concentração do extrato (0,5 mg/mL). Não houve uma alteração significativa na marcação de constituintes sanguíneos com 99mTc. E a associação do extrato de coentro e vibração gerada por plataforma com frequência de 12 Hz teve efeito no baço, como observado na fixação do radiofármaco nesse órgão e ação em alguns órgãos alternando a concentração de alguns biomarcadores. Em conclusão, parâmetros físico-químicos podem ser úteis para caracterizar o extrato estudado. Provavelmente, as propriedades redox associadas com substâncias desse extrato podem ser os responsáveis pela ausência do efeito na radiomarcação de constituintes sanguíneos. A determinação da captação do Na99mTcO4 em diferentes órgãos permite verificar que o extrato de coentro sozinho não foi capaz de interferir na biodistribuição do radiofármaco. Contudo o tratamento de animais com vibração gerada pela plataforma alterou significativamente a fixação do pertecnetato de sódio no baço e a concentração do colesterol, triglicerídeo, CK e bilirrubina.

Efeito da vibração gerada em plataforma oscilante/vibratória em indivíduos com síndrome metabólica ou paralisia cerebral

A realização de atividade física regular é uma intervenção não farmacológica com grandes benefícios para melhora da qualidade de vida, redução da morbidade e da mortalidade de disfunções cardiorrespiratórias, controle da síndrome metabólica (SM), bem como no manejo de portadores de distúrbios neurológicos como na paralisia cerebral (PC). Os exercícios de vibração de corpo inteiro (EVCI) são produzidos quando o indivíduo está em contato com a base de uma plataforma oscilante/vibratória (POV) ligada devido a efeitos de vibrações sinusoidais e deterministas produzidas por essas plataformas. Os EVCI têm sido utilizados por pessoas treinadas e não treinadas e no tratamento de pacientes com diferentes desordens clínicas. Efeitos biológicos como aumento da flexibilidade e da força muscular são relatados através da realização destes exercícios. O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos das vibrações geradas em POV em pacientes com SM ou com PC. Em relação aos estudos com SM, foi realizada uma busca no banco de dados PubMed para a palavra-chave flexibilidade e sua relação com os EVCI, bem como um estudo de caso sobre o efeito dos EVCI na flexibilidade de paciente com SM. Em relação à investigação com PC, revisão sistemática foi realizada sobre os efeitos dos EVCI em portadores de PC através de pesquisas nas bases de dados PubMed, Cochrane Library, Cinahl (Ebsco Host), PEDro, Science Direct and Scopus. Os resultados obtidos através do uso de protocolo de EVCI com baixa frequência (5 a 14 Hz) foi verificado aumento da flexibilidade anterior de tronco em paciente com SM e parece haver uma estabilização desta medida ao longo do protocolo proposto de onze sessões. Um importante número de publicações é encontrado no PubMed para a palavra-chave flexibilidade e os achados de nossa investigação revelam que há interesse em avaliar o efeito dos EVCI na flexibilidade dos indivíduos. Os efeitos pesquisados em pacientes com PC incluem fortalecimento muscular, redução da espasticidade, aumento na flexibilidade, aumento de densidade mineral óssea e melhora do controle postural. Em conclusão, a análise dos estudos apresentados permite sugerir que os EVCI podem ser uma modalidade de intervenção segura para portadores de SM, melhorando a flexibilidade anterior de tronco. Além disso, a revisão realizada mostra melhora da flexibilidade em vários grupos estudados. Para portadores de PC, foi verificado que os EVCI melhoram vários parâmetros clínicos de portadores, porém, como os protocolos não são descritos com detalhes, as evidências para uma definição de melhores parâmetros para esta população permanecem inconclusiva.

Caracterização dinâmica de um edifício existente de betão armado através de ensaios de vibração ambiental

Dissertação de natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Um método para detectar falhas incipientes em máquinas rotativas baseado em análise de vibração e lógica Fuzzy

Este trabalho apresenta um método para detectar falhas no funcionamento de máquinas rotativas baseado em alterações no padrão de vibração do sistema e no diagnóstico da condição de operação, por Lógica Fuzzy. As modificações ocorridas são analisadas e servem como parâmetros para predizer falhas incipientes bem como a evolução destas na condição de operação, possibilitando tarefas de manutenção preditiva. Utiliza-se uma estrutura mecânica denominada de Sistema Rotativo (Figura 1), apropriada para as simulações das falhas. Faz-se a aquisição de dados de vibração da máquina usando-se um acelerômetro em chip biaxial de baixa potência. As saídas são lidas diretamente por um contador microprocessador não requerendo um conversor A/D. Um sistema de desenvolvimento para processamento digital de sinais, baseado no microprocessador TMS320C25, o Psi25, é empregado na aquisição dos sinais de vibração (*.dat), do Sistema Rotativo. Os arquivos *.dat são processados através da ferramenta matemática computacional Matlab 5 e do programa SPTOOL. Estabelece-se o padrão de vibração, denominado assinatura espectral do Sistema Rotativo (Figura 2) Os dados são analisados pelo sistema especialista Fuzzy, devidamente calibrado para o processo em questão. São considerados, como parâmetros para a diferenciação e tomada de decisão no diagnóstico do estado de funcionamento pelo sistema especialista, a freqüência de rotação do eixo-volante e as amplitudes de vibração inerentes a cada situação de avaria. As falhas inseridas neste trabalho são desbalanceamentos no eixovolante (Figura 1), através da inserção de elementos desbalanceadores. A relação de massa entre o volante e o menor elemento desbalanceador é de 1:10000. Tomando-se como alusão o conhecimento de especialistas no que se refere a situações normais de funcionamento e conseqüências danosas, utilizam-se elementos de diferentes massas para inserir falhas e diagnosticar o estado de funcionamento pelo sistema fuzzy, que apresenta o diagnóstico de formas qualitativa: normal; falha incipiente; manutenção e perigo e quantitativa, sendo desta maneira possível a detecção e o acompanhamento da evolução da falha.

Estudo teórico e experimental de amortecedores de vibração por atrito

Edifícios altos e estruturas são propensos a experimentar efeitos dinâmicos induzidos pelo vento, ação sísmica, e outras fontes de vibração. Pontes, estádios e outras estruturas sujeitas à ação de cargas móveis ou sísmicas, também podem apresentar resposta dinâmica que comprometa a confiabilidade das mesmas ou cause desconforto aos seus usuários. Amortecedores passivos são uma alternativa econômica, eficaz e rápida para reduzir ou eliminar tais vibrações. Dentro dos vários tipos de amortecedores passivos propostos ou já em uso, destacam-se aqueles que funcionam por atrito entre dois corpos sólidos, devido à sua simplicidade, grande poder de dissipação e baixo custo. Na presente dissertação, é apresentado um estudo teórico e experimental sobre amortecedores de vibração por atrito. São discutidos aspectos importantes da física do atrito bem como métodos que facilitam o cálculo de sistemas que envolvem atrito. Também foram projetados e ensaiados modelos diferentes de amortecedores de vibração por atrito. O conceito é aplicado em um edifício metálico com seis pavimentos submetido à excitação sísmica. Com a elaboração de programas computacionais, é verificado que a resposta máxima da estrutura é consideravelmente reduzida após a instalação dos dissipadores.

Caracterização dos níveis de vibração em motoristas de ônibus : um enfoque no conforto e na saúde

Este trabalho, consiste em um estudo para avaliar os níveis de vibrações do corpo humano, do segmento mão-braço, e a transmissibilidade a que estão sujeitos os motoristas de ônibus urbanos. As medições foram realizadas, no eixo vertical, de acordo com as recomendações das normas ISO 2631 (1974 e 1997) e ISO 5349 (1986), utilizando-se acelerômetros uni-axiais, um computador com placa conversora analógica para digital (A/D), e programas desenvolvidos na plataforma de programação gráfica HPVee para aquisição e avaliação dos níveis de vibrações. A vibração vertical do corpo humano (direção z – ISO 2631) foi simultaneamente medida no assento do motorista e no suporte do banco junto ao piso do veículo. A vibração no segmento mão-braço (direção x – ISO 5349) foi medida no terceiro metacarpal, no triquetrum carpal e no ombro dos motoristas. Diferentes modelos de ônibus foram utilizados em uma rota de 18km que interliga as zonas norte e sul da cidade. Quatro acelerômetros uni-axiais (Endevco Isotron 2250A/AM1-10) foram usados para medir os níveis de vibração na mão, pulso, ombro do motorista e no assento; enquanto que, no piso, foi utilizado um acelerômetro uni-axial da Brüel & Kjaer 4338. Os resultados indicaram que, para o segmento mão-braço, os níveis de vibrações equivalentes a 4 horas de exposição são menores do que 2,0 m/s2, na maioria dos modelos, o que determina que os motoristas expostos até 25 anos possivelmente não apresentarão problemas relacionados à vibração. Porém, na análise em freqüência, os níveis de vibrações, nas faixas de freqüência de 6,3 a 50Hz, no terceiro metacarpal e no triquetrum carpal são superiores a 2,0 m/s2 podendo ocasionar danos a partir de 15 anos de exposição. Os níveis de vibrações do corpo humano e a transmissibilidade mostraram que os motoristas estão expostos a níveis perigosos de vibrações principalmente na área da ressonância da coluna vertebral.

Estudo da transmissibilidade da vibração no corpo humano na direção vertical e desenvolvimento de um modelo biodinâmico de quatro graus de liberdade

Este trabalho tem por objetivo determinar e avaliar a transmissibilidade da vibração no corpo humano além de desenvolver um modelo numérico de quatro graus de liberdade representativo do sistema banco e corpo humano. Para auxiliar no desenvolvimento deste trabalho foi realizado um resgate de pesquisas publicadas por pesquisadores anteriormente na área de modelamento numérico, além das medições e avaliações da transmissibilidade da vibração no corpo humano. Foram realizadas medições da transmissibilidade da vibração no corpo humano na posição sentado em um banco comumente utilizado para motoristas de ônibus urbanos. As medições foram realizadas ao longo do eixo z, de acordo com as recomendações das normas ISO 2631 (1974 e 1997), utilizando-se de acelerômetros uni-axiais, um computador com placa conversora analógica para digital (A/D), além de programas desenvolvidos na plataforma de programação gráfica HPVee para aquisição dos níveis de vibração e avaliação das transmissibilidades da vibração. A vibração vertical foi simultaneamente medida no corpo humano (direção z – ISO 2631). Para medir os níveis de vibração no assento, na pélvis, no ombro e na cabeça foram utilizados quatro micro-acelerômetros uni-axiais (Endveco Isotron 2250A/AM1-10) enquanto que no piso, foi utilizado um acelerômetro uni-axial da Brüel & Kjaer 4338. O grupo estudado nos experimentos era composto por cinco indivíduos, sendo três homens e duas mulheres. Avaliou-se a transmissibilidade entre o assento do banco e o piso, entre a pélvis o assento, entre o ombro e o assento e entre a cabeça e o assento. Os resultados indicaram que o sistema apresentou uma amplificação da transmissibilidade entre o assento e o piso em até 2,5 vezes, enquanto que, para as demais transmissibilidades (pélvis/assento, ombro/assento, cabeça/assento) houve uma atenuação gradual da transmissibilidade da vibração Um modelo linear de quatro graus de liberdade foi desenvolvido para representar o comportamento biodinâmico de indivíduos brasileiros submetidos à vibração forçada proveniente de sinais medidos em ônibus urbanos brasileiros. O modelo responde simultaneamente de acordo com os dados obtidos experimentalmente da transmissibilidade entre o assento e o piso e entre o ombro e o assento para uma faixa de freqüência de 4 até 40 Hz. Foi desenvolvida uma rotina no Maple 5.5 (anexo 10.4) a qual consiste em ajustar uma curva de transmissibilidade calculada com os limites estabelecidos dos parâmetros biomecânicos definidos nos ensaios biométricos e literatura às curvas de transmissibilidade obtidas experimentalmente. Os resultados indicaram que para a curva de transmissibilidade entre o assento e o ombro o erro foi de 37,78% enquanto que para as curvas de transmissibilidade entre o assento e o piso apresentaram um erro de 17,74 %. Apesar dos valores de erro percentual terem sido relativamente elevados, os valores de ambas as curvas de transmissibilidade numérica apresentaram resultados de ajuste muito próximos às curvas experimentais.

Manutenção centrada em confiabilidade e análise de vibração

As empresas, cada vez mais, buscam a redução de custo, para serem mais competitivas. A necessidade de aumentar a vida útil dos equipamentos, através de técnicas apropriadas é prioritário para manutenção dos ativos. Neste trabalho estudou-se o método para implantação da análise e monitoramento da vibração em equipamentos rotativos, com base nos conceitos da manutenção centrada em confiabilidade, usando técnicas preditiva e pró-ativa de manutenção pela condição, com foco na tarefa. Primeiramente foi analisado o comportamento dos componentes em relação ao processo de falha, como as falhas atuam, os tipos de modos de falha, falhas funcionais e seus efeitos. Após foram analisados e selecionados os critérios de níveis de vibração para os equipamentos rotativos em função da potência e rotação. Também, foi determinado em que condições os espectros seriam analisados em função da amplitude e freqüência de rotação. Então, foram preparados os locais para coletas dos dados de vibração. Assim, os níveis de vibração global foram coletados em função das amplitudes, em cada posição específica do equipamento em seu plano. Isto faz com que, análise dos níveis globais de vibração e o diagnóstico através do espectro e a forma de onda, permitissem encontrar a causa do problema. Finalmente, são apresentados os resultados em níveis de amplitude, espectro após ações, a correção da causa do problema e os tipos de defeitos de tendência de falhas e a implementação do método.

Desenvolvimento de uma mesa vibratória para estudos sobre vibração no corpo humano, medições em um grupo de motoristas e ajuste de um modelo biodinâmico

A exposição do ser humano a vibrações mecânicas é um tema relacionado com a mecanização do trabalho e à proliferação de veículos automotores, e é, portanto, um assunto que só começou a ganhar importância em meados do século XX. Atualmente, a vibração é amplamente reconhecida como um fator de risco para a saúde de trabalhadores de todo o mundo. Além disso, fatores de grande relevância no mundo atual, como o desempenho na realização de tarefas e a qualidade de vida, podem ser afetados pela presença de vibração em ambientes de trabalho e em outros locais do cotidiano. As soluções das questões relacionadas com o tema passam pelo entendimento de como o ser humano reage física, fisiológica e psicologicamente à presença da vibração, e muito se tem estudado para entender este fenômeno extremamente complexo. A maioria dos trabalhos publicados sobre o tema foi desenvolvida em grandes centros de pesquisa norte-americanos e de alguns países europeus. Sendo as características individuais, como o biótipo, fatores importantes na reação do corpo ao movimento, é necessário que populações externas a estes centros de pesquisa sejam envolvidas nos estudos experimentais, cujo objetivo é levantar informações que permitam a evolução dos conhecimentos na área. Os objetivos deste trabalho foram (1) desenvolver um aparato experimental com custo acessível para realização de experimentos que permitam medir parâmetros do comportamento dinâmico humano de corpo inteiro e (2) utilizar este equipamento para realizar medições em uma população exposta à vibração de corpo inteiro em sua atividade profissional, e utilizar estes dados para desenvolver um modelo do comportamento dinâmico da população amostrada. Foi desenvolvida uma mesa vibratória baseada em um acionamento pneumático, com custo inferior aos sistemas hidráulicos e eletro-mecânicos tradicionalmente utilizados, capaz de produzir vibração na direção vertical com as características necessárias à realização dos experimentos em questão. O sistema foi utilizado para medir parâmetros biodinâmicos em um grupo de controle e um grupo de motoristas da SOUL, uma empresa de transporte coletivo da região metropolitana de Porto Alegre. Os resultados das medições mostraram diferenças no comportamento dinâmico das duas populações amostradas. São apontadas e discutidas no texto algumas possíveis causas para estas diferenças, como a influência da idade e a mudança da reação ao estímulo nos indivíduos expostos à vibração em seu ambiente de trabalho.

Avaliação experimental da vibração induzida sobre uma comporta plana com descarga de fundo

Estruturas hidráulicas como comportas planas verticais são usualmente encontradas em aproveitamentos hidrelétricos, canais de navegação e aquedutos para abastecimento ou irrigação. O projeto deste tipo de estruturas envolve, fundamentalmente, a determinação da magnitude das forças atuantes, tanto hidrostáticas como hidrodinâmicas. Neste sentido, problemas ocorridos como conseqüência da fadiga do material assim como de vibrações excessivas têm sido reportados em anos recentes. O propósito desta dissertação é investigar o comportamento vibratório induzido pelo escoamento sobre um dispositivo elástico, representativo de uma comporta plana vertical com descarga de fundo, com diferentes geometrias de terminal inferior em contato com o escoamento e, baseados nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto deste tipo de estruturas hidráulicas. O comportamento vibratório do dispositivo, de dimensões aproximadas de 50 cm de largura x 80 cm de altura x 2 cm de espessura, submetido a diferentes configurações de escoamento em valores de abertura de descarga de 10, 20, 30 e 40 mm, foi obtido através de medições de aceleração instantânea no sentido do escoamento executadas por um acelerômetro com elemento sensível piezoelétrico. Cinco geometrias diferentes de terminal inferior em contato com o escoamento foram propostas para a realização dos estudos. Os resultados experimentais correspondentes aos comportamentos da estrutura em vibração estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas e freqüências predominantes nos espectros das acelerações Geometrias “Ret”, “Ele” e “30d” mostraram ser mais suscetíveis à ocorrência de fenômenos de vibração induzida, com diferenças de até 3 a 4 vezes nos valores das médias quadráticas, nas situações de escoamento às quais a comporta foi submetida, quando comparadas com geometrias “60” e “30i”. Os valores de freqüências de vibração induzida pelo escoamento, nas respectivas aberturas de descarga e geometrias de terminal inferior analisadas, corresponderam-se com os modos naturais de vibração livre em água. Estes valores foram, aproximadamente, entre 1,10 e 0,90 do valor da freqüência natural em ar. Conforme o observado, nota-se que a geometria do terminal em contato com o escoamento desempenha um papel de fundamental importância quando o objetivo a atingir é a diminuição da magnitude desses tipos de solicitações não desejadas.

Exercício de vibração

Módulo 7

Avaliação do módulo de elasticidade da madeira com uso de método não-destrutivo de vibração transversal

Numerosas pesquisas têm estudado os métodos não-destrutivos de avaliação de materiais e sua aplicação àqueles de matrizes complexas, como é o caso da madeira. Um dos primeiros métodos não-destrutivos investigados para aplicação nesses casos foi o da vibração transversal. Apesar de sua concepção simples, e a despeito dos grandes avanços obtidos nessa área com outros métodos, como, por exemplo, o ultra-som, o método de vibração transversal para a determinação do módulo de elasticidade da madeira revela-se como de grande potencial de aplicação, sobretudo pela precisão do modelo matemático a ele associado e pela possibilidade de sua aplicação a peças de dimensões estruturais (in-grade testing). Neste trabalho, apresenta-se o uso desse método na determinação do módulo de elasticidade de três espécies de eucalipto. Foram ensaiados não-destrutivamente e por ensaios mecânicos convencionais de flexão corpos-de-prova de 2 cm x 2 cm x 46 cm de E. grandis, E. saligna e E. citriodora. Os ensaios não-destrutivos foram conduzidos com uso do sistema BING - Beam Identification by Non-destructive Grading, que permite a análise das vibrações do material nos domínios do tempo e da freqüência. Os resultados obtidos revelaram boa correlação entre os dois tipos de ensaios empregados, justificando o início dos ensaios com peças de dimensões estruturais, para a viabilização da técnica nas práticas de classificação estrutural.

Produção de tomate em função da vibração das plantas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Produção de pimentão com vibração das plantas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)