Quantificação de danos em estruturas de material compósito usando extrapolação dos coeficientes de modelos autorregressivos

Resumo

A detecção de danos incipientes em estruturas de material compósito tem um apelo prático forte para aplicação nas indústrias aeroespacial e aeronáutica, uma vez que as excelentes relações resistência/rigidez/peso tem feito com que este tipo de material seja cada vez mais utilizado nas novas aeronaves. No entanto, suas características estruturais e possibilidades de se ter danos iniciados por impacto de baixa intensidade ou ainda delaminação interna não visível tornam necessários o desenvolvimento não apenas de novos métodos mais robustos para detecção precoce de falhas, mas também de novas formas de quantificação e extrapolação da condição futura de operação uma vez detectada um dano incipiente, ainda na margem de segurança para uso do componente. A pergunta sempre é: detectado algum dano, a estrutura pode ou não operar? E como pode evoluir este dano ou a sua quantificação/extensão? Neste cenário que se insere a presente proposta de mestrado do bolsista Jessé Paixão. No geral, para se atingir esta etapa de quantificação de dano é necessário um modelo físico-matemático da estrutura a ser monitorada, normalmente obtido usando modelos sofisticados com soluções numéricas aproximadas pelo método dos elementos finitos ou elementos espectrais. Porém, uma vez a dificuldade de se ter modelos deste tipo bem ajustados em estrutura de material compósito, seja por necessidade de se modelar bem condições de contorno ou realizar um ajuste eficaz de parâmetros, na presente proposta de trabalho buscaremos identifica-los experimentalmente com modelos autorregressivos com entradas exógenas (ARX) para descrever a propagação de ondas Lamb na estrutura. A ideia é colar atuadores e sensores piezelétricos e usar a propagação de ondas Lamb e correlação de seus coeficientes para detectar e localizar danos, como feito de forma clássica; já a proposta de quantificação será feita usando uma nova identificação de modelos ARX. Uma vez um dano incipiente iniciado, iremos aumentar gradualmente a sua intensidade de forma controlada e correlacionar com a extrapolação de coeficientes de novos modelos ARX. Para isto será estudado e verificado em detalhes como escolher as ordens adequadas dos modelos ARX dependendo do caminho de propagação de onda e verificando sua correlação e efeito com mudança de temperatura de operação, faixa de frequência central e amplitude de excitação das ondas Lamb. O procedimento deve ser robusto e ser capaz de diferenciar estas situações causadas por danos das causadas por outras variações. Além disto, os danos graduais serão simulados de uma forma original e próxima de situações reais de propagação de danos incipientes, usando uma técnica de corte à laser nas estruturas testes de compósitos a partir de pulsos aplicada por uma máquina de solda de laser. Isto permitirá em laboratório que danos com intensidade bem pequena e prematura sejam obtidos, além de não ter nenhuma alteração microscópica na região desta falha. Este plano de trabalho descreve em detalhes todas as etapas, motivação, objetivos, pontos originais e o planejamento para a execução deste projeto de pesquisa. (AU)