Monitoramento da Integridade Estrutural de uma laje de concreto utilizando transformadas de wavelet

Ano: 2021 | Volume: 10 | Número: 1

Autores: Pedro José Trindade Campos, Albert Willian Faria, Edson Hideki Koroishi

Palavras-chave: Monitoramento da integridade estrutural. Método dos elementos finitos. Wavelet transform. Regularização de Tikhonov.

Resumo Português:

A presente contribuição utiliza uma metodologia para localizar danos em um sistema estrutural do tipo laje de concreto empregando transformadas de Wavelet. Esse sistema estrutural é modelado numericamente empregando o Método dos Elementos Finitos (MEF). O sinal da deflexão vertical da laje danificada é utilizado na localização da posição do dano empregando a transformada discreta de wavelet (TDW). As wavelets mães estudadas foram a: Daubechies, Symlets e ReverseBior. O tipo de dano implementado é dado sob a forma de perda localizada da rigidez do concreto da laje utilizando uma variável escalar de dano D. O sinal da deflexão, obtido na análise estática da laje, é interpolado e depois ampliado empregando a regularização de Tikhonov antes de ser transformado. O elemento finito utilizado na modelagem da laje apresenta quatro nós e seis graus de liberdade por nó, sendo três translações e três rotações. A calibração dos parâmetros j da regularização de Tikhonov mostrouse fundamental para amplificar e suavizar as perturbações nos gráficos dos coeficientes de wavelet. Além disso, todas as wavelets mães avaliadas foram capazes de identificar o dano proposto. Entretanto, quando a variável escalar de dano é maior ou igual a 0,20, somente o sinal da estrutura na condição danificada foi necessário para detectar a posição do dano. Já, para valores de dano menores que 0,20, foi necessário o emprego do sinal da diferença, obtido entre as condições da estrutura sem e com dano.

Resumo Inglês:

This paper describes the methodology to locate the damage area on the concrete slab structure. The damaged structure is numerically simulated using the Finite Element Method (FEM). The vertical displacement signal has obtained is using for location of the damage area position employing the Discrete Wavelet Transform (DWT). The mother wavelets studied were: Daubechies, Symlets and ReverseBior. The damage on the slab is numerically simulated as one stiffness reduction in the concrete and the displacement signal obtained from the static analysis is interpolated and then amplified by means of the Tikhonov regularization. The finite element is quadrilateral with corner nodes only and each node has six degrees of freedom per node, i.e., three translations and three rotations. The calibration of Tikhonov regularization parameters j is important to amplify and smooth the perturbations of wavelet coefficients graphs. In addition, all the mother wavelets available in this paper have being able to identify the damage. Results suggest when the damage reduces the concrete modulus of elasticity more than 20% it is only necessary the knowledge of signal of damage structure to detect the damaged area position. For the smaller damage values, it is required to know the different between the displacement signals about the undamaged and damaged structure.