Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Damage Analysis in Mechanical Structures Using Vibrothermography
Autor(es): OLIVEIRA, Lucas Antonio de
Primeiro Orientador: CUNHA JUNIOR, Sebastião Simões da
metadata.dc.contributor.advisor-co1: GOMES, Guilherme Ferreira
Resumo: Este trabalho tem como objetivo contribuir com o desenvolvimento, entendimento e avanço da detecção de danos em materiais compósitos utilizando a técnica da vibrotermografia. Esta técnica classificada como uma técnica de termografia infravermelha ativa, utiliza de vibrações para adicionar energia ao sistema e do mapeamento térmico da superfície do material para identificar perfis ou gradientes de temperatura que indiquem a possibilidade da existência ou não de danos internos à estrutura. Na busca pela inovação nas análises numéricas aplicadas ao tema, a formulação proposta para avaliar a resposta viscoelástica do material foi aplicada, e permitiu realizar a detecção do dano induzido na interface entre os materiais Prepreg e Rohacell Hero 71®. A mudança no perfil de temperatura gerado na superfície do material após análise numérica da estrutura, permitiu detectar pontos com maiores gradientes de temperatura, como na região de engaste, na região de aplicação da força e a na região onde o dano foi inserido. Além da analise numérica inicial realizada para excitação do tipo senoidal, testes experimentais foram realizados para avaliar a geração de calor interno na estrutura durante a excitação. Nesta etapa, a utilização de diferentes frequências (naturais e não naturais) e de diferentes tipos de sinais (compostos por ondas senoidal, triangular ou quadrada) propostos para investigar a presença de danos na viga sanduiche foram avaliadas, obtendo-se diferentes respostas para as combinações utilizadas. Observou-se uma maior taxa de geração interna de calor para a excitação utilizando sinal do tipo quadrado e menor para a excitação do tipo triangular. A medição das acelerações nos pontos de referência definidos no planejamento dos ensaios, em conjunto com a análise dos termogramas gerados para as diferentes combinações, permitiu verificar para a região do dano, maiores trocas de calor entre a viga e o ambiente quando excitado na frequência de 545.65 Hz. Já para a frequência de 938.96 Hz, para a região do dano, a menor troca de energia entre a viga e o ambiente e a maior geração de calor interno quando comparada com a mesma região não danificada, permitiu observar uma mudança no perfil de temperatura, indicativo da possibilidade de existência de um dano.
Abstract: This work aims to contribute to the development, understanding, and advancement of damage detection in composite materials using the technique of vibrothermography. This technique, classified as an active infrared thermography technique, uses vibrations to add energy to the system and thermal mapping of the material’s surface to identify temperature profiles or gradients that indicate the possibility of internal damage to the structure. In the search for innovation in numerical analysis applied to the subject, the formulation proposed to evaluate the viscoelastic response of the material was applied, making it possible to detect the damage induced at the interface between the Prepreg and Rohacell Hero 71®materials. The change in the temperature profile generated on the surface of the material after numerical analysis of the structure made it possible to detect points with greater temperature gradients, such as the crimping region, the force application region and the region where the damage was inserted. In addition to the initial numerical analysis carried out for sinusoidal excitation, experimental tests were carried out to evaluate the generation of internal heat in the structure during excitation. At this stage, the use of different frequencies (natural and unnatural) and different types of signals (composed of sine, triangular or square waves) proposed to investigate the presence of damage in the sandwich beam were evaluated, obtaining different responses for the combinations used. A higher rate of internal heat generation was observed for excitation using the square type signal and lower for triangular type excitation. The measurement of the accelerations at the reference points defined in the test plan, together with the analysis of the thermograms generated for the different combinations, made it possible to verify, for the damage region, greater heat exchange between the beam and the environment when excited at a frequency of 545.65 Hz. At 938.96 Hz, for the damaged region, the lower energy exchange between the beam and the environment and the greater generation of internal heat when compared to the same undamaged region led to a change in the temperature profile, indicating the possibility of damage.
Palavras-chave: Termografia infravermelha
Termografia infravermelha
Vibrothermogafia
Ensaios não destrutivos
Viscoelasticidade
Infrared thermography
Vibrothermography
Non-destructive testing
Viscoelasticity
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: eng
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4003
Data do documento: 19-Fev-2024
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