Aplicação dos mapas auto-organizáveis associado ao monitoramento da integridade estrutural baseado na impedância eletromecânica

Abstract

O Monitoramento de Integridade Estrutural (SHM – Structural Health Monitoring) é uma técnica bem viável para se reduzir custos, aumentar a vida útil e melhorar o desempenho de estruturas de engenharia. A metodologia baseada em impedância usa o comportamento eletromecânico de materiais piezelétricos (PZT) para detectar anomalias e danos estruturais. Esta técnica utiliza altas frequências para excitar os modos locais, proporcionando, assim, o monitoramento de qualquer mudança da impedância mecânica estrutural na região de influência do PZT. A partir da variação dos sinais de impedância pode-se concluir pela existência ou não de um dano. Redes neurais artificiais (RNA) fazem parte de um amplo conceito chamado sistemas artificiais. O fundamento de redes neurais está associado ao funcionamento do cérebro humano, que após treinamento detém a capacidade de realizar associações. Esta ciência tem grande aplicabilidade na solução de problemas de inteligência artificial, através da modelagem de sistemas que usam conexões que possibilitam simular o sistema nervoso humano. Este trabalho utilizou a técnica dos mapas auto-organizáveis (SOMs – Self-Organizing Maps) de Kohonen associado ao SHM baseado na impedância eletromecânica para a detecção e a classificação de danos em uma viga de alumínio. Com base no sistema em análise, treinou-se a rede para cinco posições de falhas e severidades distintas. Por meio do modelo de rede neural dos mapas auto-organizáveis, a rede forneceu 30 mapas como respostas ao processo de treinamento e aprendizagem. Com isto, percebeu-se qualitativamente com base na concentração de energia dos mapas que o agrupamento e classificação das diferentes condições de danos em que a estrutura de engenharia foi submetida, ocorreu com sucesso. Para se estabelecer uma análise quantitativa que comprovasse o potencial da rede SOM, aplicou-se a fórmula da distância de Hamming, nos quais os resultados confirmaram sua precisão.