Modelação do comportamento dinâmico de sistemas barragem-fundação-albufeira: análise sísmica de uma barragem de abóbadas múltiplas

Trabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC

Verificação da segurança sísmica de um edifício existente em betão armado

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Integrated health monitoring for reinforced concrete beams: an experimental study

Civil infrastructures begin to deteriorate once they are built and used. Detecting the damages in a structure to maintain its safety is a topic that has received considerable attention in the literature in recent years. In vibration-based methods, the first few modes are used to assess the locations and the amount of damage. However, a small number of the global modes are not sufficient to reliably detect minor damage in the structure. Also, a common limitation of these techniques is that they require a high-fidelity model of the structure to start with, which is usually not available. Recently, guided waves (GW) have been found as an effective and efficient way to detect incipient damages due to its capacity of relatively long propagation range as well as its flexibility in selecting sensitive mode-frequency combinations. In this paper, an integrated structural health monitoring test scheme is developed to detect damages in reinforced concrete (RC) beams. Each beam is loaded at the middle span progressively to damage. During each loading step, acoustic emission (AE) method is used as a passive monitoring method to catch the AE signals caused by the crack opening and propagation. After each loading step, vibration tests and guided wave tests are conducted as a combined active monitoring measure. The modal parameters and wave propagation results are used to derive the damage information. Experimental results show that the integrated method is efficient to detect incipient damages in RC structures.

Damage identification of steel beams using local and global methods

Structural condition monitoring methods can be generally classified as local and global. While the global method needs only a small number of sensors to measure the low-frequency structural vibration properties, the acquired information is often not sufficiently sensitive to minor damages in a structure. Local methods, on the other hand, could be very sensitive to minor damages but their detection range is usually small. To overcome the drawbacks and take advantage of both methods, an integrated condition monitoring system has been recently developed for structural damage detection, which combines guided wave and structural vibration tests. This study aims at finding a viable damage identification method for steel structures by using this system. First, a spectral element modelling method is developed, which can simulate both wave propagation and structural vibration properties. Then the model is used in updating analysis to identify crack damage. Extensive numerical simulations and model updating works are conducted. The experimental and numerical results suggest that simply combining the objective functions cannot provide better structural damage identification. A two-stage damage identification scheme is more suitable for identifying damage in steel beams.

Damage identification of slab–girder structures: experimental studies

Slab–girder structures composed of steel girder and reinforced concrete slab are widely used in buildings and bridges in the world. Their advantages are largely based on the composite action through the shear connection between slab and girder. In order to assess the integrity of this kind of structures, numerous vibration-based damage identification methods have been proposed. In this study, a scaled composite slab–girder model was constructed in the laboratory. Some removable shear connectors were specially designed and fabricated to connect the girder and slab that were cast separately. Then, a two-stage experiment including both static and vibration tests was performed. In the first stage, vibration tests were conducted under different damage scenarios, where a certain number of shear connectors at certain locations were removed step by step. In the second stage, two sets of hydraulic loading equipment were used to apply four-point static loads in the test. The loads are increased gradually until concrete slab cracked. The loading histories as well as deflections at different points of the beam are recorded. Vibration test was carried out before and after concrete cracking. Experimental results show that the changes of mode shapes and relative displacement between slab and girder may be two promising parameters for damage identification of slab–girder structures.

Damage identification scheme based on compressive sensing

Civil infrastructures are critical to every nation, due to their substantial investment, long service period, and enormous negative impacts after failure. However, they inevitably deteriorate during their service lives. Therefore, methods capable of assessing conditions and identifying damage in a structure timely and accurately have drawn increasing attention. Recently, compressive sensing (CS), a significant breakthrough in signal processing, has been proposed to capture and represent compressible signals at a rate significantly below the traditional Nyquist rate. Due to its sound theoretical background and notable influence, this methodology has been successfully applied in many research areas. In order to explore its application in structural damage identification, a new CS-based damage identification scheme is proposed in this paper, by regarding damage identification problems as pattern classification problems. The time domain structural responses are transferred to the frequency domain as sparse representation, and then the numerical simulated data under various damage scenarios will be used to train a feature matrix as input information. This matrix can be used for damage identification through an optimization process. This will be one of the first few applications of this advanced technique to structural engineering areas. In order to demonstrate its effectiveness, numerical simulation results on a complex pipe soil interaction model are used to train the parameters and then to identify the simulated pipe degradation damage and free-spanning damage. To further demonstrate the method, vibration tests of a steel pipe laid on the ground are carried out. The measured acceleration time histories are used for damage identification. Both numerical and experimental verification results confirm that the proposed damage identification scheme will be a promising tool for structural health monitoring.

Damping behavior of hygrothermally conditioned carbon fiber/epoxy laminates

Carbon fiber reinforced polymer composites have been used in wide variety of applications including, aerospace, marine, sporting equipment as well as in the defense sector due to their outstanding properties at low density. In many of their applications, moisture absorption takes place which may result in a reduction in mechanical properties even at lower temperature service. In this work, the viscoelastic properties, such as storage modulus (E′) and loss modulus (E″), were obtained through vibration damping tests for three carbon fiber/epoxy composite families up to the saturation point (6 weeks). Three carbon fiber/epoxy composites having [0/0] s, [0/90] s, and [±45] s orientations were studied. During vibration tests the storage modulus (E′) and loss modulus (E″) were monitored as a function of moisture uptake, and it was observed that the natural frequencies and E′ values decreased with the increase during hygrothermal conditioning due to the matrix plasticization. © 2007 Wiley Periodicals, Inc.

Efeito do condicionamento ambiental nas propriedades de cisalhamento e viscoelásticas de compósitos híbridos metal-fibra

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Gerenciamento do processo de calibração secundária de acelerômetros por meio de uma aplicação de banco de dados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comportamento dinâmico não-linear de um sistema mecânico com vibrações associadas a uma transição brusca na rigidez

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Programa computacional com interface gráfica para identificação estocástica de parâmetros modais de estruturas civis: aplicação em pontes e torres de linha de transmissão

O interesse no comportamento dinâmico de estruturas metálicas vem crescendo nas últimas décadas no Brasil, em decorrência de acidentes com colapso total de algumas estruturas devido às vibrações ambientes em diversas regiões do país. Na região amazônica, por exemplo, onde esse tipo de estrutura deve vencer obstáculos como florestas e rios de grande largura, casos de colapso total de estruturas metálicas também são relatados. O foco principal dessa dissertação é o estudo do comportamento modal de estruturas metálicas submetidas às vibrações ambientes cuja magnitude das forças de excitação é desconhecida. Dois estudos de caso são apresentados: no primeiro deles, o comportamento modal de uma torre de linha de transmissão de energia elétrica é investigado; e no segundo caso, tanto o comportamento modal como os níveis de desconforto de uma ponte são estudados. Os estudos realizados neste último caso visam avaliar os níveis de desconforto da ponte quando submetida às excitações ambientes como rajadas de vento e o tráfego de veículo de acordo a norma brasileira NBR 8800 (1986). Em ambos os estudos de caso foram realizadas análises experimentais e computacionais. Na etapa experimental, ambas as estruturas foram monitoradas com emprego de um conjunto de acelerômetros de baixa freqüência e também de um sistema de aquisição apropriados para ensaios de vibração de estruturas civis. Como é muito difícil medir a magnitude das forças de excitação ambientes, foram utilizados os métodos de identificação estocásticos SSI-DATA e SSI-COV para extração de parâmetros modais de estruturas civis a partir somente dos dados de resposta coletados nos ensaios de vibração. Entre as atividades desenvolvidas nessa etapa, destaca-se a criação de um programa computacional com recursos do Graphical User Interface (GUI) da plataforma Matlab®, destinado à identificação modal de estruturas civis com o emprego dos referidos métodos estocásticos. Esse programa é constituído de três módulos: o primeiro é destinado ao processamento e tratamento dos sinais coletados nos ensaios de vibração; o segundo é utilizado para adicionar as informações do posicionamento dos acelerômetros utilizados nos arquivos dos sinais de resposta; e o terceiro e último módulo é destinado à identificação a partir dos arquivos de dados de resposta processados nos dois primeiros módulos. Na etapa das análises teóricas, foram criados modelos numéricos utilizando o método dos elementos finitos para simular o comportamento dinâmico das estruturas analisadas. Comparando os resultados obtidos em ambas as etapas de análise, verifica-se que resultados experimentais e teóricos apresentaram parâmetros bastante próximos entre si nos primeiros modos de vibração. Os resultados experimentais mostraram que ambos os métodos estocásticos foram muito eficientes na identificação das estruturas ensaiadas.

Obtenção e caracterização de compósitos de fibras de carbono/PEKK com aplicações aeronaúticas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Implementação e análise do desempenho de técnicas de monitoramento através de medição de vibração e correlação com corrente estatórica

A crescente demanda por energia elétrica aliada à grande importância deste setor para o sistema econômico nacional tem levado o governo e empresas particulares a investirem em estudos que possibilitem melhorar o desempenho dos sistemas envolvidos nesse processo, em virtude dos relevantes ganhos que esta iniciativa pode produzir. Neste contexto, esse trabalho é uma contribuição ao estudo do desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico de defeitos para a máquina hidrogeradora número 3 da Usina Hidrelétrica de Coaracy Nunes, localizada no Estado do Amapá. Em muitas situações os métodos de análise de vibrações são utilizados para detectar a presença de falhas nesse tipo de máquina, neste trabalho também será utilizada a análise dos sinais de corrente para fornecer indicações similares. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia de diagnóstico de defeito em máquinas elétricas através dos sinais de vibração e correlação com a análise da corrente do estator. No decorrer deste trabalho apresenta-se uma revisão bibliográfica das técnicas de monitoramento e diagnóstico das condições das máquinas elétricas, através dos ensaios de vibração correlacionados com as características da corrente estatórica. O resultado da correlação da medição de vibração com a medição de corrente se baseia em uma metodologia implementada por um sistema de aquisição e de processamento de dados desenvolvido na plataforma LabView. Os resultados experimentais foram obtidos a partir de defeitos mecânicos (desbalanceamento mecânico e defeitos nas pistas, externa e interna dos rolamentos) induzidos em uma bancada experimental concebida com intuito de representar um sistema de geração. Finalizando, os sinais de vibração e corrente foram analisados e comparados para verificar se os defeitos que foram evidenciados pelo método convencional de vibração alteravam o comportamento dos sinais de corrente. Os bons resultados desse trabalho mostram a viabilidade em estudos futuros nesta área.

Avaliação dos efeitos ambientais nas propriedades do compósito de poliamida 6,6/fibras de carbono

This graduation work done study of polyamide 6.6/composite carbon fibres, since its processing, characterization of the main properties. Besides the influence of temperature, UV radiation, salt spray and moisture on the mechanical and viscoelastic behavior. To achieve this goal, the first composite was processed from the heat compression molding using known variables of the process and using the empirical method to find the best value for other parameters. The method processing molding was chosen because it common in composites processing in order to evaluate the influence of crystallinity of the properties that influence the mechanical and viscoelastic behavior laminates. From the obtained laminate specimens were evaluated in weathering, such as: in hygrothermal chamber, UV, salt spray and thermal shock. In another step, the effect produced by these constraints were evaluated by optical microscopy, ultrasound, dynamic mechanical analysis and vibration tests. This project was conducted at the Department of Technology and Materials of UNESP in Guaratingueta, where all the equipment and techniques for the implementation of this project met available. After the tests proved the applicability of the composite polyamide 6.6/carbon fibers in aeronautical applications with resistance the main climatic influences

Estudo e aplicação de diferentes métodos de resolução para problemas dinâmicos não-lineares em presença de atrito

The friction phenomena is present in mechanical systems with two surfaces that are in contact, which can cause serious damage to structures. Your understanding in many dynamic problems became the target of research due to its nonlinear behavior. It is necessary to know and thoroughly study each existing friction model found in the literature and nonlinear methods to define what will be the most appropriate to the problem in question. One of the most famous friction model is the Coulomb Friction, which is considered in the studied problems in the French research center Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (LMSSC), where this search began. Regarding the resolution methods, the Harmonic Balance Method is generally used. To expand the knowledge about the friction models and the nonlinear methods, a study was carried out to identify and study potential methodologies that can be applied in the existing research lines in LMSSC and then obtain better final results. The identified friction models are divided into static and dynamic. Static models can be Classical Models, Karnopp Model and Armstrong Model. The dynamic models are Dahl Model, Bliman and Sorine Model and LuGre Model. Concerning about nonlinear methods, we study the Temporal Methods and Approximate Methods. The friction models analyzed with the help of Matlab software are verified from studies in the literature demonstrating the effectiveness of the developed programming