Investigação experimental da frequência natural de estruturas simples com variabilidade espacialmente correlacionada

Abstract

A maioria dos materiais utilizados em projetos estruturais têm variabilidade espacial das suas propriedades mecânicas, devido ao processo de fabricação. Esta variabilidade desempenha um papel, quando a estrutura é sujeita a vibração e as cargas dinâmicas. Devido à natureza aleatória desta variabilidade, uma abordagem determinística não é capaz, na maioria das situações, de caracterizar o comportamento estrutural de forma que uma abordagem probabilística é necessário. Neste trabalho, um procedimento experimental é utilizado para avaliar a influência da variabilidade espacial sobre o comportamento dinâmico de estrutura simples em que a função de correlação é controlada a priori. Um conjunto de massas são adicionados ao longo da viga, de acordo com um modelo estocástico, a fim de se aproximar de uma distribuição de densidade espacial contínua. Assim, as frequências naturais de flexão são medidas para um conjunto de amostras, para comprimentos de correlação diferentes. Um modelo analítico é proposto usando modos assumidos e aproximação massa concentrada e os resultados são comparados com os experimentos. Mostra-se que o comprimento de correlação afecta a estatística das frequências naturais da estrutura. ______________________________________________________________________ ABSTRACT

Most materials used in structural designs have spatial variability of their mechanical properties due to manufacturing process. This variability plays a role when the structure is subject to vibration and dynamic loads. Due to the random nature of this variability, a deterministic approach is not able to characterize the structural behavior such that a probabilistic approach is necessary. In this work, an experimental procedure is used to evaluate the influence of spatial variability on the dynamic behavior of simple structure in which the correlation function is controlled a priori. A set of masses are added along the beam, according to a stochastic model, in order to approximate a continuous spatial density distribution. Thus, the flexural natural frequencies are measured for a set of samples, for different correlation lengths. An analytical model is proposed using assumed modes and lumped mass approximation and results are compared with the experiments. It is shown that the correlation length affects the statistic of the natural frequencies of the structure.