Monitorização e Análise Modal de Estruturas Metálicas

Abstract

A presente dissertação incide na avaliação, validação e análise preditiva do comportamento estrutural de uma torre de transporte e separação de estilha de madeira, com vista a identificar eventuais problemas estruturais ao longo do tempo.Numa primeira fase, o caminho passou pelo estudo mais aprofundado da temática monitorização estrutural, das suas valências e métodos, bem como, dos diversos componentes e aplicações práticas. Numa melhor compreensão da resposta estrutural a vibrações surge a necessidade de abordar a análise dinâmica, nomeadamente através do ponto seguinte, que enquadra a análise modal. Posta a explanação do conhecimento teórico, as aplicações laboratoriais ensaiaram o trabalho de campo proposto, junto da torre. Assim, por fim, são descritos os procedimentos de monitorização a executar, o desenvolvimento e calibração do modelo computacional representativo da estrutura em questão. A monitorização do comportamento in situ é realizada com recurso a equipamento em desenvolvimento pelo grupo VESAM, baseada em comunicação digital entre sensores, taxas de amostragem até 1 kHz e envio de informação por modem 4G. A análise modal recorre ao software Artemis.Destaque para a validação dos dados de monitorização do sistema instalado, através da comparação com o equipamento ISISE-UC, tais como, a resposta do extensómetro e da resposta triaxial do acelerómetro, com ensaios em laboratório e in situ, sendo a análise focada na amplitude e frequência dos sinais, avaliação da capacidade de configuração do sensor em termos de sensibilidade, taxa de amostragem e números de amostras, validação da geração de trigger, avaliação da capacidade do sistema de monitorização e funcionamento autónomo da recolha e envio de dados. A calibração de modelos numéricos por análise modal, com determinação de frequências próprias e avaliação do amortecimento na estrutura monitorizada, incluindo a avaliação da fiabilidade e representatividade de modelações de elementos finitos do sistema estrutural, considerando um comportamento elástico linear, e a avaliação da influência dos parâmetros com maior impacto na calibração do modelo de cálculo através da análise modal. A influência e comportamento dinâmico de elementos estruturais. A análise preditiva do comportamento estrutural, com a avaliação das cargas dinâmicas induzidas pela vibração de equipamentos industriais.

This dissertation focuses on the evaluation, validation and predictive analysis of the structural behaviour of a woodchip transport and separation tower, with a view to identifying possible structural problems over time.In a first phase, the path passed through the more in-depth study of the theme of structural monitoring, its valences and methods, as well as the various components and practical applications. In a better understanding of the structural response to vibrations, the need arises to address the dynamic analysis, namely through the next point, which fits the modal analysis.After the explanation of the theoretical knowledge, the laboratory applications tested the proposed field work, next to the tower. Thus, finally, the monitoring procedures to be carried out, the development and calibration of the representative computational model of the structure in question are described. In situ behaviour monitoring is carried out using equipment being developed by the VESAM group, based on digital communication between sensors, sampling rates of up to 1 kHz and sending information via 4G modem. The modal analysis uses the Artemis software.Emphasis on the validation of the monitoring data of the installed system, through comparison with the ISISE-UC equipment, such as the response of the extensometer and the triaxial response of the accelerometer, with tests in the laboratory and in situ, with the analysis focused on the amplitude and frequency of the signals, evaluation of the sensor's configurability in terms of sensitivity, sampling rate and number of samples, validation of trigger generation, evaluation of the capacity of the monitoring system and autonomous operation of collecting and sending data. The calibration of numerical models by modal analysis, with determination of proper frequencies and evaluation of the damping in the monitored structure, including the evaluation of the reliability and representativeness of finite element modelling of the structural system, considering a linear elastic behaviour, and the evaluation of the influence of the parameters with the greatest impact on the calibration of the calculation model through modal analysis. The influence and dynamic behaviour of structural elements. The predictive analysis of the structural behaviour, with the evaluation of the dynamic loads induced by the vibration of industrial equipment.