Sistemas de localização de falhas baseados no princípio da impedância eletromecânica e em ondas guiadas livres de linha de base em condições de baixa relação sinal ruído

• Processo: 18/23737-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2019
• Data de Término da vigência: 24 de agosto de 2019
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica
• Pesquisador responsável: Fabricio Guimarães Baptista
• Beneficiário: Bruno Albuquerque de Castro
• Supervisor: Francesco Ciampa
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia (FE). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Surrey, Inglaterra
• Vinculado à bolsa: 15/24903-5 - Sistemas de Monitoramento de Integridade Estrutural Baseados na Impedância Eletromecânica em Aplicações com Baixa Relação Sinal-Ruído, BP.DR
• Assunto(s): Processamento de sinais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Baseline-free guided waves | Electromechanical Impedance | monitoring systems | Signal processing | Signal to noise ratio | Structural Health Monitoring | Monitoramento de Integridade Estrutural - SHM

Resumo

Atualmente, o desenvolvimento de sistemas de monitoramento capazes de fornecerem um diagnóstico confiável da integridade de estruturas civis, navais e aeroespaciais é um desafio tanto para a indústria e comunidade científica. O advento da ciência dos materiais e técnicas modernas de processamento digital de sinais, melhoraram a eficácia do campo da engenharia de monitoramento de integridade estrutural, também conhecido como SHM, que, do inglês, significa Structural Health Monitoring (SHM). O desafio atual é refinar as capacidades desses sistemas a fim de superar as lacunas do mundo real, onde várias variáveis físicas, como o ruído ambiental, pode prejudicar a eficácia dessas metodologias. Por outro lado, os avanços e desafios atuais também estão focados em sistemas de monitoramento independentes. A nova objeção e tendência é desenvolver metodologias que não necessitem de um conhecimento prévio de uma estrutura para se diagnosticar uma falha, pois, em muitas situações, a condição estrutural passada é indisponível ou pode ser realizada em estrutura já previamente danificada. Com base nesses fatos, o projeto de doutorado (#2015/24903-5), está focado em expandir a técnica da impedância eletromecânica (E/M) para as aplicações reais, nas quais o ruído estrutural prejudica o diagnóstico correto de falhas. Embora os esforços atuais desta pesquisa no Brasil estejam concentrados nos desafios industriais e científicos da área, o projeto está focado apenas na detecção, e não na localização de danos estruturais, o que garantiria uma melhor precisão sobre a condição de uma estrutura. Por outro lado, a técnica E/M faz o diagnóstico de danos mediante um conhecimento prévio da condição estrutural. Uma assinatura de impedância, comumente chamada de impedância de base, ou, do inglês, baseline, é extraída quando a estrutura está em estado íntegro e o dano é diagnosticado pelas variações desta curva. Sendo assim, a técnica em questão, embora seja efetiva e promissora, não é um tipo de sistema SHM independente. Ao contrário da técnica E/M, a abordagem via ondas guiadas livres de linha de base (baseline-free guided waves-BFGW) é um sistema independente que visa a localização dos danos por um conjunto de sensores piezelétricos que emitem e recebem ondas de Lamb na estrutura. É uma técnica que não exige o conhecimento passado da estrutura e a localização de falhas é realizada pela aplicação de técnicas de processamento de sinais baseadas em reversão temporal dos sinais emitidos e captados por um conjunto de sensores piezelétricos conectados a uma estrutura hospedeira. Embora muitos estudos também tenham comprovado a eficácia deste sistema de localização de danos, um dos maiores problemas podem ser as variações dos sinais de emissão acústica devido aos ruídos estruturais que, em aplicações práticas, são comuns e inevitáveis. Com base nessa problemática, este projeto BEPE visa, além de desenvolver um estudo comparativo, visa expandir os sistemas de localização de danos baseados na técnica E/M e em BFGW para inspeções onde o ruído estrutural se faz presente e prejudica a eficácia de ambas abordagens. Este projeto dependerá de recursos disponíveis no Centro de Materiais (CEM) da Universidade de Surrey, em Guilford, no Reino Unido, instituição que possui parceria firmada com a FAPESP. As atividades de pesquisa no CEM também são sinérgicas ao Centro Espacial Surrey, líder mundial em engenharia espacial. Nesse contexto, o aluno estará sob a supervisão do Professor Francesco Ciampa, que atua formalmente como coorientador do Sr. Bruno. O Professor Francesco, além de receber recursos de órgãos de fomento europeus, tem grande experiência na área de SHM, tendo publicado artigos em periódicos de destaque e trabalhos aplicados e vigentes em empresas como a Airbus e Leonardo. Assim, a pesquisa proposta terá uma contribuição importante na melhoria dos sistemas de localização de danos baseados em E/M e BFGW, especialmente em aplicações com baixa relação sinal-ruído.

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE CASTRO, BRUNO ALBUQUERQUE; BAPTISTA, FABRICIO GUIMARAES; ARDILA REY, JORGE ALFREDO; CIAMPA, FRANCESCO. A chromatic technique for structural damage detection under noise effects based on impedance measurements. MEASUREMENT SCIENCE & TECHNOLOGY, v. 30, n. 7, JUL 2019. (15/24903-5, 18/23737-2)

DE CASTRO, BRUNO ALBUQUERQUE; BAPTISTA, FABRICIO GUIMARAES; CIAMPA, FRANCESCO. New imaging algorithm for material damage localisation based on impedance measurements under noise influence. MEASUREMENT, v. 163, p. 4-pg., 2020-10-15. (18/23737-2, 15/24903-5)

DE CASTRO, BRUNO ALBUQUERQUE; BAPTISTA, FABRICIO GUIMARAES; ARDILA-REY, JORGE ALFREDO; CIAMPA, FRANCESCO. Baseline-Free Damage Imaging Algorithm Using Spatial Frequency Domain Virtual Time Reversal. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL INFORMATICS, v. 18, n. 8, p. 12-pg., 2022-08-01. (18/23737-2, 15/24903-5)

DE CASTRO, BRUNO ALBUQUERQUE; BAPTISTA, FABRICIO GUIMARAES; CIAMPA, FRANCESCO. A comparison of signal processing techniques for impedance-based damage characterization in carbon fibers under noisy inspections. MATERIALS TODAY-PROCEEDINGS, v. 34, p. 5-pg., 2021-02-19. (18/23737-2, 15/24903-5)