Facultad Regional Delta

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Identificación de fisuras en vigas: capacidad de un método analítico que utiliza mediciones de frecuencias naturales de vibración.
(2024-05-10) Carrizo, Marcos Ruben; Raffo, Javier; Grossi, Ricardo
El estudio del comportamiento dinámico de componentes estructurales con presencias de fisuras y el desarrollo de métodos de identificación de fisuras basados en mediciones de frecuencias naturales de vibración son de gran interés en ingeniería y un área de relevancia en las investigaciones científicas. Según el estado del arte son numerosos los trabajos presentados en este sentido. Sin embargo, son escasos los aportes realizados en responder cuál es el defecto más pequeño que estos métodos pueden lograr identificar. O sí acaso, los pequeños cambios en las frecuencias asociados a los diferentes escenarios de daño estructural pueden ser medidos con la suficiente precisión. Además, si esos cambios pueden pasar desapercibidos debido a cambios en las condiciones ambientales y operativas. Esta tesis pretende dar a respuestas a parte de estas cuestiones. La presente tesis emplea el cálculo de variaciones por ser una poderosa herramienta que permite describir el comportamiento de las vibraciones transversales libres en vigas Euler- Bernoulli, homogéneas e isótropas, con restricciones elásticas intermedias y en los extremos. Primero, se analiza en forma analítica y experimental la influencia de los vínculos en el comportamiento vibratorio de vigas, determinando para una vinculación real el valor de las constantes elásticas a utilizar en los modelos analíticos. Luego se obtienen novedosos resultados analíticos en forma de mapeos que describen el comportamiento vibratorio de vigas con fisuras y apoyos elásticos en los extremos, apoyos simples y rotulas intermedias. Posteriormente, se implementan dos métodos de identificación de fisuras abiertas a superficie basados en mediciones de frecuencias naturales de vibración. Por primera vez fueron formuladas hipótesis para predecir la capacidad teórica de identificación de uno de los métodos propuestos. Para esto, fue establecida una relación entre la incertidumbre en los coeficientes adimensionales de frecuencias y la incertidumbre en la determinación de la posición y profundidad de fisura pronosticada por el método. Las hipótesis fueron contrastadas mediante un análisis de sensibilidad y se halló cuál de ellas fue más asertiva. Otro aporte original de esta tesis es analizar la factibilidad en la implementación de un método de identificación de fisuras basado en mediciones de frecuencias naturales de vibración: Resultados inéditos de exhaustivos análisis de sensibilidad son presentados. En los mismos se relacionan errores en los coeficientes de frecuencias con los errores del método de identificación de fisuras. Se estableció cuál es el defecto más pequeño que se puede detectar para una incertidumbre dada en la determinación experimental de las frecuencias naturales de vibración. Se analizó si es factible la implementación con la instrumentación actual disponible. Son exhibidos desarrollos de equipos, conocidos como shakers, necesarios para la ejecución de los ensayos. Se muestran las técnicas del análisis modal experimental utilizadas para determinar los parámetros modales de las vigas ensayadas. La incertidumbre en la cadena de medición de vibraciones mecánicas fue establecida, en particular, en la determinación de las frecuencias naturales de vibración. Así como la relación de esta con la incertidumbre en los coeficientes adimensionales de frecuencias; que son el dato de entrada del método de identificación de fisuras en vigas vibrantes.
Detección de fisuras en vigas vibrantes utilizando masas puntuales.
(Asociación Argentina de Mecánica Computacional (AMCA)., 2023-11) Carnelutto, Maximiliano; Raffo, Javier Leandro; Ferrari, Juan, A.
Se muestra la influencia de la presencia de masas puntuales para mejorar la detección de fisuras en vigas que vibran. Se presenta un modelo de vigas con masas puntuales y condiciones elásticas generales para modelar diferentes posiciones y profundidades de fisuras. Se analizan las vibraciones libres luego de obtener las ecuaciones diferenciales y condiciones de contorno de manera natural. Se utiliza el método de Ritz para obtener resultados numéricos y se analiza el efecto que causa la presencia de la masa puntual y como beneficia la detección de fisuras.
Estudio de vibraciones en componentes estructurales con presencia de fisuras
(AJEA, 2020-10-05) Carrizo, Marcos; Raffo, Javier Leandro; Grossi, Ricardo
Los componentes mecánicos y estructurales, a causa de la presencia de fisuras, son susceptibles de presentar fallas en servicio; ocasionando daños catastróficos e irreversibles. Este trabajo, se centra en el estudio de un método analítico de identificación de fisura basado en medición de frecuencias naturales de vibración. Se obtuvo, mediante la aplicación del cálculo de variaciones, la solución exacta del problema de vibraciones de vigas Euler Bernoulli de sección constante y material isótropo y homogéneo. Se desarrolló un método analítico de detección de fisuras en vigas. El mismo consiste en resolver el problema inverso de obtener la posición y profundidad de la fisura, a partir de conocer los 3 primeros valores del coeficiente adimensionales de frecuencias. Se realizó un análisis de sensibilidad del método para la condición articulado-articulado, considerando una incertidumbre máxima en la medición de la frecuencia del 2%. Los resultados presentados permiten determinar la capacidad de detección del método,para esa incertidumbre, para cualquier ubicación y profundidad.

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