Nos ensaios subsequentes, para a obtenção dos dados experimentais foi utilizado um ambiente virtual, denominado PULSE LabShop, adquirido em conjunto com o sistema de aquisição de dados. Este aplicativo é utilizado para controlar o hardware do sistema PULSE e também armazenar os dados de forma conveniente, de acordo com o tipo de pós-processamento que se deseja executar.
Para o pós-processamento dos dados foi utilizado o software ME’scope, fornecido pela empresa Vibrant Technology. É utilizado para obtenção das frequências naturais, modos de vibração e amortecimento da estrutura a partir dos dados da aceleração do tubo, pelo método tradicional de análise modal.
Ao utilizar o software ME’scope, configura-se o ambiente LabShop para fazer a leitura do sinal de força, dos sinais de aceleração da estrutura em pontos previamente escolhidos e, na sequência, calcula-se a FRF (Função Resposta em Frequência) para cada um dos sinais de aceleração medidos. O LabShop fornece as FRFs para o ME’scope que, por sua vez, identifica os modos de vibração, frequências naturais e fatores de amortecimento a partir das etapas:
1. Para cada um dos graus de liberdade, a partir do sinal de força e dos sinais de aceleração obtidos para cada um dos acelerômetros instalados na estrutura, estima-se uma função resposta em frequência.
2. Após esta etapa, a partir de um modelo de múltiplos graus de liberdade, faz-se o ajuste dos parâmetros modais, levando-se em consideração todos os sinais de aceleração.
Para as etapas 1 e 2 supracitadas, mais de um método é disponibilizado pelo software, cabendo ao operador a escolha do procedimento de identificação.
A Figura 5.9 apresenta imagens da interface do programa ME’Scope, indicando as etapas 1 e 2 mencionadas acima. As curvas em preto representam as FRFs obtidas experimentalmente, enquanto as curvas em vermelho, apresentadas na Figura 5.9(b), representam a respostas ajustadas para os parâmetros modais identificados.
Considerando o interesse na aplicação da metodologia em situações reais de identificação de carga axial para um duto submerso, procurou-se também testar metodologias que possibilitassem a reprodução dos ensaios de laboratório, em campo. Neste sentido, foi proposto fazer medições para estimar o comportamento dinâmico da estrutura utilizando uma ferramental de análise modal experimental, denominada como
OMA (Operational Modal Analysis), fornecido pela empresa Brüel & Kjaer, em que não se utilizam os dados de força (de excitação da estrutura) para descrever o comportamento dinâmico da estrutura. Este método é também denominado na literatura pelos termos Basic Frequency Domain (BFD) e Peak-Picking technique. Trata-se de uma metolodogia de utilização consolidada na área de engenharia civil para identificação dos parâmetros modais (obtenção dos modos, frequências naturais e amortecimento) de estruturas como pontes, prédios, plataformas, etc., a serem determinadas pela medição da resposta destas estruturas, quando submetidas à ação de excitações naturais, como a ação do vento, ondas do mar, etc.
O OMA consiste de uma técnica aproximada de decomposição da resposta do sistema em um conjunto de sistemas de um único grau de liberdade, descrita no trabalho de Brincker et al. (2000), e envolve os seguintes passos:
1. Estima-se a matriz de densidades espectrais das respostas em aceleração em função do tempo, obtidas experimentalmente;
2. Faz-se a decomposição em valores singulares da matriz de densidade espectral; 3. Calcula-se a média dos valores singulares obtidos.
A Figura 5.10 mostra a tela do programa computacional, com as etapas de identificação das frequências naturais, descritas acima.
Devido às diferenças na concepção das metodologias de análise modal experimental citadas, a forma de se proceder nos ensaios experimentais também é diferente. Para a utilização do ME’Scope é utilizado um único acelerômetro, no ponto de referência da estrutura, e a excitação é feita utilizando um martelo, em pontos pré-determinados da estrutura. O martelo é instrumentado com uma célula de carga na sua ponta, a fim de se obter o sinal da força no tempo.
Por outro lado, ao realizar os ensaios com o programa OMA, são utilizados acelerômetros, tanto nos pontos de medição do deslocamento da estrutura, quanto no ponto de referência. Vale lembrar que não se faz medida de força neste procedimento. As funções-resposta da estrutura são obtidas correlacionando-se os sinais de resposta da estrutura (os dados de aceleração nos pontos previamente escolhidos), com o sinal de aceleração no ponto de referência.
(a)
(b)
Figura 5.9 – Imagem da tela do programa comercial ME’Scope: (a) Estimativa de frequências naturais para um dos graus de liberdade da estrutura, a partir da FRF obtida experimentalmente; (b) Ajuste dos parâmetros modais levando em consideração todos os graus de liberdade da estrutura (todas as FRFs obtidas experimentalmente).
(a)
(b)
Figura 5.10 – Imagens da tela do programa comercial OMA: (a) Avaliação de parâmetros estatísticos utilizados para a determinação das FRFs; (b) Avaliação das frequências naturais obtidas a partir das respostas dinâmicas da estrutura.
A Figura 5.11 representa esquematicamente os pontos nos quais são medidas as resposta da estrutura, bem como o ponto de referência escolhido. É importante ressaltar que para obter um bom resultado nos procedimentos de análise modal experimental, deve-se evitar medir a resposta nos nós da estrutura (pontos de deslocamento nulo para uma determinada frequência). Tendo isto em vista, a Figura 5.11 mostra as posições
dos nós da estrutura, estimadas através das rotinas implementadas em Matlab, para carga axial nula e as duas condições de vinculação: birrotulada e biengastada.
(a)
(b)
Figura 5.11 – Indicação dos pontos utilizados para medição da vibração experimental do tubo (graus de liberdade): (a) para o procedimento de análise modal convencional, utilizando o software ME’Scope; (b) para o procedimento de análise modal não convencional, utilizando o procedimento OMA.