Monitoreo de salud estructural de aeronaves basado en mediciones de impedancia electromecánica
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Palabras clave

Detección de Daños (Damage Detection)
Impedancia Electromecánica (Electromechanical Impedance)
Material Piezoeléctrico (Piezoelectric Material)
Monitoreo de Salud Estructural (Structural Health Monitoring)
Medición de Impedancia (Impedance measurement

Cómo citar

Vargas Palomino, L., Steffen Jr, V., & Finzi Nieto, R. (2011). Monitoreo de salud estructural de aeronaves basado en mediciones de impedancia electromecánica. Avances: Investigación En Ingeniería, 8(2), 18-27. Recuperado a partir de https://revistas.unilibre.edu.co/index.php/avances/article/view/2701

Resumen

Se denomina Monitoreo de Salud Estructuralal proceso de detección de anomalías (dañoso degradación) en varias áreas de ingeniería,tales como, aeroespacial, civil y mecánica,principalmente. Una de las técnicas utilizadaspara monitorear la integridad de una estructuraes basada en la medición de impedanciaelectromecánica. Esta técnica monitorea lavariación de impedancia mecánica de unaestructura, causada por la existencia de uno o másdaños, por medio de la medición de la impedanciaeléctrica de las pastillas de material piezoeléctricoacopladas en la superficie de la estructura. Laimpedancia eléctrica de las pastillas piezoeléctricasestá directamente relacionada con la impedanciamecánica de la estructura, es por eso que a partir dela variación de las señales de impedancia medidasse puede concluir la presencia o no de un daño.La cuantificación del daño se hace por mediode una métrica que es especialmente definidapara atribuirle un valor escalar característico.En el marco del proyecto de investigación enconvenio con la EMBRAER, la UniversidadFederal de Uberlândia (UFU), estudia la viabilidaddel uso de la técnica de Monitoreo de SaludEstructural basada en mediciones de impedanciaelectromecánica como una herramienta dedetección de daños incipientes en lugares dedifícil acceso en aeronaves. El presente trabajopresenta los resultados obtenidos en la UFU parala consolidación de esta herramienta, los cualesa pesar de encontrarse todavía en aplicacionesa nivel de laboratorio han mostrado un granpotencial para la detección de daños incipientesen estructuras aeronáuticas, tales como, pérdida deun remache y fisuras. En este trabajo también serádescrito un sistema de medición de impedanciaelectromecánica desarrollado en la UFU.

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Citas

1. C.R. Farrar, N.A.J. Lieven y M.T. Benent, AnIntroduction to Damage Prognosis, DamagePrognosis for Aerospace, Civil and MechanicalSystem, Cap.1, Wyle, Inglaterra, pp.1-12, 2005.

2. G. Park y D.J. Inman, Impedance-BasedStructural Health Monitoring, Damage Prognosisfor Aerospace, Civil and Mechanical System,Cap.13, Wyle, Inglaterra, pp.275-292, 2005

3. L.V. Palomino y V. Steffen Jr, Damage MetricsAssociated with Electromechanical ImpedanceTechnique for SHM Applied to a RivetedStructure, Proceedings of the 20th InternationalCongress of Mechanical Engineering, Gramado,Brazil, 2009.

4. C. Liang, F.P. Sun y C. A. Rogers, CoupledElectromechanical Analysis of Adaptative MaterialSystem – Determination of actuator PowerConsumption and System Energy Transfer, Journalof Intelligent Materials System and Structures,Vol.5, pp.12-20, 1994.

5. Z. Chaudhry, T. Joseph, F. Sun, y C. Rogers.,Local-Area Health Monitoring of Aircraft26 AVANCES Investigación en Ingeniería Vol. 8 - No. 2 (2011)via Piezoelectric Actuator/Sensor Patches,Smart Structures and Integrated Systems, SPIEConference, San Diego, CA, Proceedings of theSPIE. 2443, 1995.

6. Z. Chaudlhry, F. Lalande, A. Ganino, y C.Rogers, Monitoring the Integrity of CompositePatch Structural Repair via Piezoelectric Actuators/Sensors, AIAA-1996-1074-CP, 1996.

7. F.P. Sun, Z. Chaudhy y C. Liang, Rogers, C.A.,Truss Structure Integrity Identification Using PZTSensor–Actuator” Journal of Intelligent MaterialSystems and Structures, Vol. 6, pp.134–139, 1995.

8. G. Park, K. Kabeya, H.H. Cudney, yD. J. Inman, Impedance- Based StructuralHealth Monitoring for Temperature VaryingApplications, JSME International Journal,Vol.42(2), pp. 249–258, 1999.

9. C. K. Soh, K. Tseng, S. Bhalla, y A. Gupta,Performance of Smart Piezoceramic Patches inHealth Monitoring of a RC Bridge, Smart Materialsand Structures, Vol. 9, pp. 533–542, 2000.

10. S. Bhalla, A.S.K. Naidu, C.W. Ong, and C.K.Soh, Practical Issues in the Implementation ofElectromechanical Impedance Technique forNDE, In Proceedings of the SPIE InternationalSymposium on Smart Materials, Nano-, and Micro-Smart System, Melbourne, Australia, December2002.

11. V. Giurgiutiu, A.N. Zagrai, J. Bao, J. Redmond,D. Roach y K. Rackow, Active Sensors for HealthMonitoring of Aging Aerospace Structures,International Journal of the Condition Monitoringand Diagnostic Engineering Management,Vol.6(1), pp. 3–21, 2003.

12. J.R.V. Moura Jr. y V. Steffen Jr., Impedance-BasedHealth Monitoring for Aeronautic Structures usingStatistical Metamodeling, Journal of IntelligentMaterial Systems and Structures, Vol.17, pp. 1023-1036, 2006.

13. D.M. Peairs, High Frequency Modeling andExperimental Analysis for Implementation ofImpedance-based Structural Health Monitoring”,PhD. Thesis, Virginia Polytechnic Institute andState University, Virginia, 2006.

14. J.R.V.A. Moura, Contribution to StructuralHealth Monitoring Systems Applied to Aeronauticand Space Structures”, PhD. Thesis, UniversidadeFederal de Uberlândia, Uberlandia, Brazil, 2008.

15. R.M.F. Neto, R. M. F., V. Steffen, D.A.Rade, C.A. Gallo, y L.V. Palomino, A lowcostelectromechanical impedance-based SHMarchitecture for multiplexed piezoceramic actuators,Structural Health Monitoring, Vol 1, 2010, pp. 1-1.

16. C. Niezricki, D. Brei, S. Balakrishman y A.Moskalik, Piezoelectric Actuation: State of the Art,The Shock and Vibration Digest, Vol. 33, pp. 269-280, 2001.

17. J. P. Stoker y G.L. Cloud, The Application ofinterferometric technique to the nondestructiveinspection of fiber-reinforced materials,Experimental Mechanics, Vol.33, pp.314-319, 1993.

18. D.M. Peairs, G. Park, y D.J. Inman, ImprovingAccessibility of the Impedance-Based StructuralHealth Monitoring Method, Journal of IntelligentMaterial Systems and Structures, Vol. 15(2):pp.129–139, 2004.

19. B. Xu y V. Giurgiutiu, 2005 A Low-Cost and FieldPortable Electromechanical (E/M) ImpedanceAnalyzer for Active Structural Health Monitoring.in: Proc. 5th International Workshop on StructuralHealth Monitoring, Stanford University, September15–17, 2005.

20. J. Filho y F.A. Baptista, New ImpedanceMeasurement System for PZT Based StructuralHealth Monitoring, IEEE Transactions onInstrumentation & Measurements. Vol. 58(10), pp.3602-3608, 2008.

21. T. Radil, P.M. Ramos, y A.C. Serra, ImpedanceMeasurement With Sine-Fitting AlgorithmsImplemented in a DSP Portable Device.IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement. vol. 57(1), 2008.

22. P.M. Ramos, F.M. Janeiro y M. Tlemçan, RecentDevelopments on Impedance MeasurementsWith DSP-Based Ellipse-Fitting Algorithms.IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement, vol. 58(5), 2009.

23. R.M. Finzi Neto, V. Steffen Jr.;D.A. Rade, C.A.Gallo, Proposal of a solid State Switching andSignal Conditioning System for Structural HealthMonitoring Based on Piezoelectric sensors/actuators.,PACAM XI - 11th Pan-AmericanCongress of Applied Mechanics, Foz do Iguaçu,PR – Brazil, 2010

24. L. V. Palomino, K. M. Tsuruta, M. M.Sousa, D. A. Rade y V. Steffen Jr, Inflûencia doformato das pastilhas cêramicas piezelétricasnas respostas do Método de Monitoramento deIntegridade Estrutural Baseado na ImpêdanciaEletromecânica, Anais CONEM 2010, CampinaGrande-PB, Brasil, 2010.

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