Este capítulo apresenta as conclusões e algumas sugestões para trabalhos futuros. Ao longo do desenvolvimento desta Tese algumas formulações numérico-computacionais foram desenvolvidas. Elas podem ser divididas em quatro principais implementações: (a) uma formulação inicial para o cálculo do Fator de Intensidade de Tensão sob carregamento estático usando o MEC; (b) uma formulação estática para a determinação da presença de trincas em painéis com e sem reforçadores usando o MECD; (c) uma formulação para a determinação do Fator de Intensidade de Tensão sob carregamento dinâmico usando o MECD; e (d) uma formulação dinâmica para a determinação da presença de trincas em painéis com e sem reforçadores usando o MECD. As conclusões tiradas estão divididas de acordo com as diferentes formulações numérico-computacionais implementadas nos diferentes programas produzidos. No final do capítulo algumas sugestões são apresentadas para trabalhos futuros.
6.2 – CONCLUSÕES
O primeiro código produzido, o MEC-Iest refere-se à determinação estática do Fator
de Intensidade de Tensão (FIT). Os resultados alcançados com este código apresentaram-se bons quando comparados com outros resultados obtidos usando-se outras ferramentas computacionais existentes no mercado, como o Método dos Elementos Finitos (MEF). Nota-se que o uso do Método dos Elementos de Contorno (MEC) juntamente com a técnica da Integral-J, dentre outras técnicas disponíveis na literatura (Watwood, 1969; Barson, 1976; Blandford, Ingraffea e Liggett, 1981; Cavalcante, 1997, Medeiros, 2000) já produz bons resultados mesmo com malhas pouco refinadas. Os trabalhos anteriores que utilizaram o MEC para o cálculo do FIT (Medeiros, 2000) via técnica da Integral-J, não usaram as derivadas dos deslocamentos de forma analítica, o fizeram de forma aproximada via método das diferenças finitas. Neste trabalho implementou-se num código base as derivadas das soluções fundamentais e estas foram usadas no cálculo da Integral-J. A formulação apresentada mostra-se robusta tendo ainda a vantagem de usar malhas reduzidas quando comparado a outros métodos, como por exemplo, o Método dos
Elementos Finitos, que requer malhas mais refinadas. Como o código base, usado para a implementação do cálculo do FIT estático, vem da formulação direta do MEC, uma restrição da formulação é que as trincas necessitam da configuração aberta. Para o Fator de Intensidade de Tensão Dinâmica (FITD) usou-se o COD (Crack Openning Displacement) e também a Integral-J. Esta subrotina foi implementada num código base que usa a técnica do Método dos Elementos de Contorno Dual (MECD). Tanto para o FIT como para o FITD elementos quadráticos especiais (ponto a um quarto) foram usados na discretização dos elementos situados na ponta da trinca. A rotina computacional para a determinação do FITD foi implementada no código MECD-Vdin. A rotina que calcula o COD usou os
deslocamentos do último elemento que discretiza a trinca.
No segundo código, o MECD-IIest, para a análise estática, foi demonstrado que o
MECD é uma ferramenta versátil na detecção de trincas. A sensibilidade na determinação da presença da trinca é muito grande devido à variação da quantidade de deformação que a trinca acarreta na região vizinha a ponta da trinca. Essa variação, no valor da deformação detectada pela metodologia específica do MECD, permite que uma determinação segura e precisa da dimensão e posicionamento da trinca seja executada. A determinação do valor característico de cada material ou estrutura pode ser determinada com a execução de uma bateria de ensaios. A partir daí, chega-se a uma determinação de como a presença da trinca modifica os sinais encontrados nos sensores em determinadas posições e como a dimensão da trinca modifica esses valores. Quanto maior for a dimensão da trinca, maior será a variação da voltagem de saída, e esta variação tem patamares diferenciados das variações encontradas quando se tem a mudança de posição da trinca isoladamente. No caso da análise estática, a avaliação da propagação da trinca foi executada com precisão. Tanto no caso da detecção como na propagação, a simulação do efeito piezelétrico tem grande importância. A metodologia usada aqui tem certas restrições, principalmente ao fato da dimensão do sensor ter que ser reduzida, de modo que possa ser considerado um valor constante e único de resposta de saída apresentada pelo sensor. O código de MECD utilizado, MECD-IIest, partiu de um código base já existente MECD-Iest, onde foi
implementado o emprego de sensores piezelétricos, que com esse tipo de metodologia numérica é inédito.
O terceiro código, o MECD-Vdin, agora para a análise dinâmica de chapas
apresentando reforçadores, pode ser comprovado através de comparações com as respostas do código estático. A concordância nos resultados para chapas com até três reforçadores,
para os códigos estáticos e dinâmicos, mostrou que este código dinâmico apresenta coerência nas respostas e que para estes casos mais simples, pode ser considerado correto.
Ainda no código MECD-Vdin é incluído a análise dinâmica e o emprego de sensores
piezelétricos para detecção da trinca, esta parte foi sem dúvida a mais complexa e de maior dificuldade de se encontrar exemplos para comparação para sua validação. Entretanto, as respostas encontradas estão de acordo com estudos similares na área (Tua, Quek e Wang, 2004). A manutenção das freqüências no padrão do sinal para chapas sem defeitos e chapas com pequenos defeitos foi constatado e apenas uma variação no aumento da amplitude de ressonância nestas freqüências pode ser verificada nos resultados advindos da programação aqui realizada e de artigos que tratam do assunto.
O MECD utilizado para a execução da maioria dos códigos, na análise estática e dinâmica, é sem dúvida, o responsável pelo sucesso da programação aqui apresentada. A capacidade que o código tem para lidar com qualquer tipo e formato de trinca e a exatidão dos resultados alcançados fez com que a proposição do uso de sensores piezelétricos fosse sugerida. Este trabalho abordou as chapas finas, estruturas que são empregadas em várias áreas da engenharia, principalmente, na área de aviação.
Na análise estática, o modo de simulação do emprego do sensor piezelétrico exigia uma determinação precisa do valor da deformação no interior da chapa nas localidades onde os sensores estavam sendo empregados. A modelagem dos sensores não foi muito complexa, mas os resultados alcançados foram muito próximos do que se tem na prática. Pequenas variações nas posições e nas dimensões das trincas causaram variações detectáveis nos sensores, de modo que este tipo de análise pode ser bem sucedida para a detecção de trincas internas na estruturas. A verificação da propagação da trinca, através da análise estática para estruturas aeronáuticas, é um tema importante a ser estudado, pois normalmente, o monitoramento das partes em questão é realizado sem que estas estejam em uso. Com isso, as simulações numéricas de ensaios estáticos podem trazem melhorias consideráveis em termos de conhecimento prévio. Fazendo com que alterações em projetos possam ser simuladas antecipadamente de modo a se prever antecipadamente que conseqüências essas mudanças terão no projeto estrutural proposto.
Na análise dinâmica aqui apresentada, foi empregada a técnica da Transformada de Laplace juntamente com o MECD. Esta metodologia se mostrou muito propícia para este tipo de análise. A forma de variação escolhida para fazer a conversão do domínio do parâmetro da Transformada de Laplace para o domínio do tempo foi o método de Durbin
(1974). Os resultados alcançados podem ser considerados muito bons, quando comparados com os resultados obtidos pelo código estático para os mesmos problemas.
6.3 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
As sugestões para trabalhos futuros serão separadas em duas partes: Análise Estática e Análise Dinâmica.
Na análise estática, os resultados alcançados foram pertinentes quando comparados com resultados existentes na bibliografia. Os resultados ficaram próximos dos esperados, podendo a análise proposta ser considerada uma nova ferramenta, muito ágil para a execução do monitoramento em partes estruturais. Embora terminada esta fase do trabalho, percebe-se que outros aspectos poderão ser enfocados em trabalhos futuros, como por exemplo: (a) A alteração do material escolhido como ligante existente entre a chapa e os reforçadores e também sensores. (b) Para a ligação dos reforçadores com a chapa foi empregada a conexão contínua, realizada pelo material adesivo, mas para este procedimento também pode ser utilizada a conexão discreta, realizada por parafusos, possibilitando análises variadas do aperto aplicado nos parafusos. O código MECD-IIest
utilizado permite a variação desses parâmetros, de modo a se ter uma gama de ensaios a serem realizados para verificação da precisão do código. (c) A aplicação de Redes Neurais (Neural Network) também pode ser executada com os dados advindos dos programas. A metodologia de rede neural, pode facilmente ser adaptada para ser empregada juntamente com a técnica proposta neste trabalho. Esta técnica de Redes Neurais nada mais é do que um aglomerado de informações e dados sobre as respostas dos sensores dentro da chapa, de modo a se ter um banco de dados de respostas de saída, possibilitando que novas medições sejam comparadas até que o padrão mais próximo seja alcançado e com isso definido o tamanho e a localização da trinca dentro da chapa. E finalmente (d) a execução de ensaios experimentais para comparação dos resultados que os programas estáticos apresentaram.
A análise dinâmica é inédita para com o uso do Método dos Elementos de Contorno Dual e para chapas com o uso de reforçadores e sensores. Devido a isso, comparações de resultados tornam-se mais complicadas. Entretanto, uma série de sugestões para trabalhos futuros torna-se possível. As mesmas sugestões aplicadas na análise estáticas são aqui também válidas, isto é, (a) variações do material do adesivo para a ligação contínua e (b)
aperto dos parafusos para a ligação discreta, (c) aplicação de Redes Neurais para confecção de bancos de dados de respostas dos sensores e (d) ensaios experimentais para comparação dos resultados. Contudo, outras sugestões podem ser propostas, como por exemplo, utilizar para a realização da análise dinâmica, não a Transformada de Laplace, mas sim a análise no domínio do tempo para a execução do Método de Elementos de Contorno Dual para a estrutura. Uma outra sugestão possível aqui na análise dinâmica seria a execução do mesmo trabalho agora com o Método dos Elementos Finitos. O MEF, como já mencionado anteriormente, é o método mais divulgado no meio acadêmico, por isso a existência de trabalhos similares pode ser encontrada. As ferramentas como ANSYS e ABACUS podem, com certeza, proporcionar a realização desses exemplos numéricos aqui propostos e com isso uma comparação direta poderia ser realizada. Apesar de não ter sido encontrada na bibliografia exemplos similares, a possibilidade de execução é óbvia com estas ferramentas. A última sugestão seria a de integrar todas as formulações aqui abordadas em apenas um código computacional, possibilitando assim que através do arquivo de entrada qualquer uma dessas análises disponíveis neste trabalho possa ser realizada, isto é, a análise estática e dinâmica para o Fator de Intensidade de Tensão e a determinação da presença da trinca na chapa analisada.