Application of the mode shape area difference method for damage detection in steel frame structures

Abstract

Este artigo apresenta uma investigação numérica da Metodologia de Diferença de Áreas Modais (MSAD) para detecção de danos em pórticos metálicos. A abordagem MSAD quantifica a variação entre os modos de vibração da estrutura íntegra e com danos por meio da diferença de área entre suas curvas de deslocamento e derivadas espaciais. Três índices de dano - MDAD, MRAD e MCAD – são definidos com base no deslocamento modal, rotação e curvatura, respectivamente. A metodologia é aplicada a um pórtico metálico industrial modelado com elementos de viga de Bernoulli, com danos simulados por reduções localizadas na rigidez à flexão. Ao todo, 154 cenários de dano são avaliados, abrangendo diferentes localizações e níveis de severidade. Os resultados indicam que o índice 𝑀𝐶𝐴𝐷 é o mais eficaz na detecção e localização dos danos, apresentando robustez mesmo para reduções de rigidez baixas (𝑠𝑟 = 1%). Contudo, em alguns casos próximos a nós modais ou apoios estruturais, observa-se perda de sensibilidade quanto à severidade. Conclui-se que a metodologia MSAD, especialmente em sua forma baseada na curvatura, é uma estratégia promissora e independente de modelo para avaliação da integridade de estruturas do tipo pórtico. Desenvolvimentos futuros são discutidos.