Detección y localización de daño en secciones prismáticas utilizando metodologías de correlación basadas en parámetros dinámicos

Abstract

Throughout this study, a method for damage detection and localization in a twodimensional system to metallic structures is proposed through the Damage Localization Criterion by frequencies analysis (CLDF), in order to reduce costs and avoid the implementation of invasive methods in buildings. Likewise, it seeks to preserve the qualified inspector’s integrity at the time of an aftershock appearance in buildings with structural deficiencies; and finally, to reduce the evaluation time of the current services conditions and functionality of the structures. The methodology is based on the natural frequencies analysis of structures. It contemplates three approaches: the theoretical analysis of the variation of eigenvalues due to simulation of damage in the structure using the finite element method; the experimental scale analysis of the selected problem situation; and the analysis of the variability of the results obtained by experimental tests and the ones obtained with theoretical tests. To evaluate the efficiency of the proposed method, two models are analyzed: a cantilever beam scale model without damage and a beam model with induced damage, with the same geometric and mechanical characteristics of the health beam. The specimen is subjected to forced vibration, where the natural frequencies of the structure are obtained using a spectral analysis of the accelerations signals, to finally be implemented the CLDF method between the computational models and the experimental measurements, in order to detect the geometrical variations simulated as structural damage. In addition, Through the analysis process, a numerical model will be available on order to validate the procedures of data acquisition.

A través del presente estudio se plantea una metodología para detección y localización de daño en un sistema bidimensional en estructuras metálicas a través del Criterio de Localización de Daño por análisis de Frecuencias (DLAC), con el fin de reducir costos y evitar la implementación de métodos de inspección invasivos en edificaciones para evaluar su estado estructural. Así mismo, se busca reducir el tiempo de evaluación de las condiciones actuales de servicio y funcionabilidad de las estructuras.

La metodología se basa en el análisis de frecuencias naturales de las estructuras. Para ello, contempla 3 enfoques: el análisis teórico de la variación de valores propios debido a simulación de daño en la estructura empleando el método de elementos finitos; el análisis experimental a escala de la situación problema seleccionada; y el análisis de variabilidad de los resultados obtenidos por pruebas experimentales con los resultados obtenidos de pruebas teóricas.

Para evaluar la eficiencia de la metodología propuesta se analizan dos modelos: una viga en voladizo sin daño y una viga con daño que tiene la mismas características geométricas y mecánicas de la viga sana (sin daño). Las dos vigas fueron sometidas a una vibración forzada en las que se registraron las señales de aceleración para determinar las frecuencias de vibración de la estructura. Luego se implementó la metodología DLAC en los modelos computacionales y las mediciones experimentales, con el objetivo de detectar la zona de daño a través de un análisis de variación de frecuencias. Adicionalmente, para validación de los procedimientos de adquisición de datos, se compararon los resultados obtenidos con los generados por la simulación numérica de los dos modelos.