Dossier asignatura localización y detección de daño en estructuras sometidas a vibraciones

Master universitario en tecnología mecánica. Diseño, construcción y fabricación. 2010/11 - EPSIG

E1. Identificación de daño en sistemas mecánicos sometidos a vibraciones

Trabajo: dossier resumen

Pedro Javier Bernad Millán
uo20155@uniovi.es

ÍNDICE:

1 Introducción 4

1.1 Causas del daño 4

1.1.1 Corrosión 4

1.1.2 Fatiga 4

1.1.3 Desgaste 4

1.2 Tipos dedaño 4

2 Niveles RYTTER de daño 5

2.1 1º: detección 5

2.2 2º: localización 5

2.3 3º: cuantificación 5

2.4 4º: prognosis 5

3 Filosofías de detección del daño 6

3.1 Inspecciones periódicas 6

3.1.1 Inconvenientes 6

3.2 Monitorización estructural 7

3.2.1 Ventajas 7

3.2.2 Esquema de monitorizado 7

3.2.3 Tipos de sensores 8

3.2.4 Tiposde excitaciones 8

3.2.5 Algoritmo 8

3.2.6 Uso de la monitorización 8

4 Métodos de detección 9

4.1 Caso univariable 9

4.2 Sistema multivariable 9

5 Modelización de sistemas mecánicos 10

5.1 Descripción estática del sistema 10

5.2 Descripción dinámica del sistema 10

5.2.1 Vibración libre 11

5.2.2 Vibración amortiguada 11

6 Métodos delocalización y cuantificación 12

6.1 Metodología 12

6.2 Redes neuronales 13

7 Práctica 1: Presentación de la estructura monitorizada para la localización del daño 14

8 Práctica 2: toma de datos en una estructura con y sin daño 15

8.1 Características de la estructura sin daño 15

8.2 Características de la estructura con daño simulado 16

9 Práctica 3: introducción al MATLAB 179.1 Introducción al manejo de MATLAB 17

10 Práctica 4: modelo de elementos finitos en SDT 19

10.1 Creación del modelo MEF 19

10.2 Ajuste del modelo MEF 20

10.2.1 Ajuste mediante la variación de la rigidez en el empotramiento – cálculo de Ie solo mediante una función gancho 20

10.3 Ajuste del modelo mediante la variación de Ie y el espesor e simultáneamente – red neuronal21

10.3.1 Definición de la red 21

10.3.2 Creación de la base de datos para el entrenamiento y verificación 21

10.3.3 Entrenamiento de la red 22

10.3.4 Verificación de la red 22

10.3.5 Utilización de la red entrenada 22

11 Práctica 5: localización y valoración del daño 23

11.1 Uso de una red neuronal para la localización y cuantificación 23

11.2Localización y valoración del daño 23

1. Introducción

Se entiende por daño en sistemas mecánicos (una estructura, una máquina) a una degradación en las prestaciones o propiedades a lo largo del tiempo de vida de sistema mecánico.

Las etapas en la vida del sistema mecánico que describen sus propiedades son: crecimiento, estabilidad y caída.

1. Causas del daño

Las causas del daño puedenser:

1. Corrosión

En una estructura de acero, la oxidación avanza al interior, se pierde sección resistente y por tanto, rigidez

En l hormigón, la cal modifica su composición en contacto con el ambiente, se da el fenómeno de la carbonatación que provoca en un primer momento un aumento de las prestaciones, pero que con el tiempo se contamina y finalmente se daña

En el hormigónarmado, la corrosión alcanza la armadura, ésta se oxida, siendo el óxido expansivo, provoca grietas en el hormigón circundante que al cavo del tiempo alcanzan la superficie, desprendiéndose el recubrimiento. En la armadura principal, el óxido hace disminuir su rigidez y resistencia, pero en la armadura secundaria, la disminución de prestaciones disminuye la resistencia a pandeo enormemente.Conscientes de éste fenómeno, en ocasiones se puede utilizar el inoxidable para armar el hormigón: se reducen los coeficientes de seguridad y los pesos por tanto

2. Fatiga

Ante carga alternativas derivadas del uso, por ejemplo en puentes con tráfico rodado, o en las alas de los aviones, por fenómenos químicos y tensionales o por defectos iniciales como en las soldaduras, se genera una grieta,...