Procedimentos numéricos para solução do problema inverso de localização de danos em estruturas aporticadas

Abstract

Existe atualmente um grande interesse da comunidade científica nas pesquisas baseadas em métodos numérico-computacionais para a identificação de danos em estruturas como forma de se obter algoritmos confiáveis para auxiliar na inspeção e no diagnóstico estrutural via exames não-destrutivos. A tarefa de inspeção estrutural é uma etapa primordial para a adequada manutenção que deve ser dada às estruturas, principalmente às infra-estruturas, tais como pontes, tubulações de petróleo e viadutos, entre outras. Os métodos numérico-computacionais destacam-se por suas peculiaridades de menor custo financeiro e tempo de execução quando comparados aos custos elevados de diagnósticos gerados por exames não-destrutivos convencionais, como raio-x ou ultra-som, para citar alguns. Entretanto, o problema de detecção de danos estruturais revela-se um problema inverso, mal-postulado, e que tem características de não-unicidade de solução e instabilidade numérica, entre outras dificuldades. Esta pesquisa aborda um aspecto do Problema Inverso de identificação de danos em estruturas que é a análise de assinaturas. Estas assinaturas são aqui analisadas e escritas em termos de características de rigidez, deslocamentos às cargas estáticas e modos de vibrar das estruturas. Neste trabalho, o desempenho destas assinaturas é amplamente explorado com o auxílio gráfico e dos Programas Microsoft Excel e MATLAB 7.0 para as operações matriciais. Para se estudar o desempenho destas assinaturas, e a possibilidade de se localizar danos, estruturas simples, como vigas e pórticos são utilizadas nas aplicações reportadas neste trabalho. Os procedimentos numéricos estudados neste trabalho revelam algumas assinaturas com potencial eficaz na localização de danos em estruturas aporticadas planas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Currently, there is a great interest in the scientific community in the researches on numerical and computational methods to identify damages in structures. Such research seeks reliable algorithms to assist in the structural inspection and diagnosis usually done through non-destructive examinations. The structural inspection is essential for the appropriate maintenance of structures, especially for infrastructure such as bridges, oil pipelines and viaducts, among others. Numerical and computational methods are cheap and fast compared to high cost and time consuming non-destructive examination such as Xrays or ultrasound, just to name a few. However, the problem of detecting damages in structures is an inverse problem, ill-posed problem, with characteristics such as nonuniqueness of solution and numerical instability, among other difficulties. This research is concerned with one aspect of the inverse problem of identifying damage in structures which is the examination of structural signatures. These signatures are here analyzed and written in terms of structures’ stiffness, displacement response to static loads and vibration modes. In this work, the performance of these signatures is largely investigated with the aid of graphic analysis and Microsoft Excel and MATLAB 7.0 programs for matrix operations. To study the performance of these signatures, and the ability to locate damage, simple structures such as beams and frames are used in the applications reported in this research. The numerical procedures studied in this research show that some structural signatures have efficient potential for damage determination in planar frames.