Aplicação de técnicas de emissão acústica na localização de dano em estruturas

Abstract

Técnicas de medição relacionadas com a interpretação de ondas que são transmitidas nos sólidos, para monitorar e/ou explorar as características do mesmo, têm crescido bastante atualmente, devido ao desenvolvimento de técnicas mais precisas, para a análise e interpretação dos resultados, e aos sensores, cada vez mais baratos e precisos. No caso específico da emissão acústica, as fontes emissoras são as rupturas, que geram ondas elásticas quando aparecem e se propagam em corpos submetidos a cargas. Simulações numéricas, desse tipo de ensaio de emissão acústica, podem ser de grande valia auxiliando na interpretação dos sinais capturados experimentalmente. Neste sentido o Método dos Elementos Discretos, que consiste num arranjo de barras, onde a rigidez das mesmas é equivalente ao contínuo que se quer representar, e onde a ruptura é representada pela retirada das barras que esgotaram sua resistência, levando em conta o balanço das energias envolvidas, é uma alternativa para auxiliar na interpretação dos eventos de emissão acústica. Neste contexto, no presente trabalho se realizaram avanços no sentido de calibrar o método dos elementos discretos, para simular um ensaio de emissão acústica. Os ensaios foram realizados em geometrias simples de isopor, material de baixo custo, com comportamento frágil e baixa rigidez, o que o torna adequado para trabalhar com os sensores utilizados. Foram determinados parâmetros mecânicos do material utilizado, tais como, módulo de elasticidade e taxa de liberação de energia de deformação, e, posteriormente, se testaram técnicas de localização da posição da fonte, a partir da medição dos sinais de vários sensores. Estes mesmos ensaios foram simulados com o método citado, com resultados similares. Comentários sobre as dificuldades na realização dos ensaios e na implementação numérica são realizados no fim do trabalho.

Measurement techniques related to the interpretation of waves that are transmitted in solids, to monitor and/or exploit the properties of them, have grown, nowadays, due to the development of more accurate techniques, for the analysis and interpretation of results, and sensors increasingly inexpensive and accurate. In the specific case of acoustic emission, the emission sources are the cracks, which generate elastic waves when they appear and grow in bodies subjected to loads. Numerical simulations, of this kind of acoustic emission testing, can be valuable in helping interpret the signals captured experimentally. In this sense the Discrete Element Method, which is an arrangement of bars, where the mechanical properties are equal to those of the material which it wants to represent, and where the crack is represented by removal of the bars, which have exhausted their resistance, considering the balance of energies involved, is an alternative to assist in the interpretation of acoustic emission events. In this context, in the present paper advances were made in order to calibrate the discrete element method to simulate an acoustic emission test. Tests were performed in simple geometries of Styrofoam, a low cost material with brittle behaviour and low stiffness, which makes it suitable to work with the sensors used. Were determined mechanical parameters of the material used, such as Young’s modulus and strain energy release rate, and, subsequently, location techniques were used to determinate the source position, with the measurement of the signals of various sensors. These same tests were simulated, by the method mentioned above, with similar results. Comments about the difficulties in carrying out the tests and numerical implementations are conducted at the end of the paper.