Algoritmo para determinação do amortecimento de materiais cerâmicos pela técnica das freqüências naturais de vibração via excitação por impulso Algorithm to determine the damping of ceramic materials by the impulse excitation technique

• Main Authors: A. H. A. Pereira, B. Musolino, C. D. Maciel, J. A. Rodrigues
• Format: Article
• Language: English
• Published: Associação Brasileira de Cerâmica 2012-06-01
• Series: Cerâmica
• Subjects: algoritmo; amortecimento; materiais cerâmicos; freqüências naturais; ASTM E1876; algorithm; damping; ceramic materials; natural frequencies
• Online Access: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0366-69132012000200014
• ISSN: 0366-6913; 1678-4553

O amortecimento ou atrito interno é uma das propriedades mais sensíveis de materiais e estruturas tanto em escala macro como microscópica e um bom indicador para a caracterização de danos estruturais, sendo particularmente sensível à presença de trincas e micro-trincas. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um algoritmo que permitisse incorporar a caracterização do amortecimento à técnica das freqüências naturais de vibração via excitação por impulso, já bem estabelecida pela norma ASTM E1876 e amplamente empregada na determinação não-destrutiva dos módulos elásticos de materiais cerâmicos. Foi desenvolvido um algoritmo para a determinação do amortecimento fundamentado na análise de sinal no domínio de tempo-freqüência, no método do decremento logarítmico e no modelo viscoelástico equivalente. O algoritmo foi validado empregando um gerador de ondas de formato arbitrário e aplicado na caracterização de dois materiais, sendo um concreto refratário de alta alumina, com e sem dano por choque térmico, e um aço SAE 1020. O algoritmo foi eficiente ao determinar a frequência e o amortecimento de sinais arbitrários e dos corpos de prova, e em limitar a análise ao modo de vibração de interesse, minimizando assim a interferência de outros modos. O algoritmo permitiu integrar com eficiência o cálculo do amortecimento à técnica de excitação por impulso.<br>Damping is one of the most sensitive properties of materials and structures, in macro and microscopic scale, which makes it particularly sensitive to the presence of cracks and micro-cracks and a good parameter to the characterization of structural damages. The aim of this work was to develop an algorithm to allow the incorporation of the damping characterization to the natural frequencies of vibration technique (by impulse excitation), already well established for the non-destructive determination of elastic moduli by ASTM E1876 and correlated standards for ceramic materials. It was developed an algorithm for determining the damping based on the time-frequency domain signal analysis, logarithmic decrement method and on the equivalent viscoelastic model. The algorithm was validated using an arbitrary wave form signal generator and applied to characterize two materials, a high alumina refractory castable with and without thermal shock damage, and a SAE-1020 steel. The algorithm was effective to recovery the frequencies and respective damping of the arbitrary simulated signals and to characterize the specimens, limiting the analysis to the vibration mode of interest, thereby minimizing the modes interference. This algorithm allowed the successful integration of the damping characterization to the impulse excitation technique.