DamComposite - Development of a tool of general application for the global damage characterization in laminated composite materials

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Medição do campo de deformações por shearografia speckle

Publication . Lopes, Hernani; Ribeiro, J.E.; Monteiro, Jaime M.; Gonçalves, D.; Vaz, M.A.P.

Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento de um sistema interferométrico para medição do campo de deformações no plano a partir da técnica de Shearografia Speckle com dupla iluminação. No sentido de definir o procedimento e optimizar todo o processo de medição, foi desenvolvido um modelo matemático representativo da interferência das frentes de onda proveniente do objecto, sendo analisados os parâmetros que influenciam a qualidade dos resultados, tais como: o ângulo de iluminação, o passo da derivada, a amplitude de deformação e o ruído de Speckle. A partir dos dados recolhidos foi construído um sistema de Shearografia Speckle baseado no interferómetro de Michelson e que utiliza a técnica de modulação temporal de fase, criado pela translação de um dos espelhos por actuação de um piezoeléctrico. O sistema foi utilizado na medição das deformações no plano de um provete submetido à tracção. A sensibilidade do sistema e a qualidade das medições são analisadas, tendo como referência as soluções numéricas obtidas por elementos finitos.

2011Conference paper

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Interferometric techniques in structural damage identification

Publication . Lopes, Hernani; Ribeiro, J.E.; Santos, J.V. Araújo

This paper describes several interferometric techniques and their applications in structural damage identification. With that objective in mind, damaged aluminum beams with clamped-free and free-free boundary conditions are analyzed. Different damages cases are inflicted by creating small cuts perpendicular to the beams longitudinal axis, being the damage, therefore, characterized by the dimensions of these cuts. The out-of-plane displacement field of modal response is measured with an electronic speckle pattern interferometric system. The static and dynamic rotation fields, defined as the spatial derivative of the displacement field, are measured with two different speckle shearography systems. Second and third order spatial derivatives of the displacement field, which are related to the bending moment and shear force, are computed by differentiation techniques. The cuts locations are determined by looking for maximum values and/or perturbations of damage indicators based on bending moments and shear forces. This method is validated by comparing its results with numerical ones, from which the most suitable interferometric technique is chosen.

2012Journal article

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Caracterização experimental e numérica do campo de deslocamentos de tecidos biológicos hiper-elásticos

Publication . Ribeiro, J.E.; Lopes, Hernani; Mendonça, Bebiana Alexandra Bragança; Martins, Pedro; Vaz, M.A.P.

Uma das áreas cientificas de maior desenvolvimento nas últimas décadas está ligda ao do estudo de tecidos biológicos. Estes tecidos têm um comportamento não linear e muito diferente dos materiais tradicionais que são estudados em engenharia mecânica. A caracterização do seu comportamento mecânico traz novos desafios tanto no desenvolvimento de novas técnicas experimentais como na implementação de novos algoritmos numéricos. No trabalho aqui apresentado recorreu-se à utilização de uma técnica experimental de campo denominada Correlação Digital de Imagem, esta técnica é relativamente recente e permite a caracterização do campo de deslocamentos, com elevada resolução e sem contacto. Com Correlação Digital de Imagem é, também, possivel fazer-se a análise de grandes deslocamentos superficiais e que é um comportamento característico de tecidos biológicos hiperelásticos. As simulações numéricas aqui implementadas foram realizadas num programa comercial de elementos finitos, Ansys®, recorrendo a dados experimentais de ensaios de tracção de tecidos hiperelásticos da mucosa vaginal humana. Na simulação numérica foram utilizados alguns dos modelos constituivos mais conhecidos no estudo de materiais hiperelásticos: Mooney-Rivlin, Yeoh e Ogden. Os resultados obtidos demonstraram o potencial destas técnicas para a análise do comprtamento mecânico de materiais hiperelásticos, verificando-se, contudo, a necessidade de um maior aprofundamento no estudo e aplicação das mesmas a este tipo de materiais.

2011Conference paper

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Localization of damage in beams using interferometric techniques

Publication . Lopes, Hernani; Ribeiro, J.E.; Santos, J.V. Araújo; Maia, N.M.M.

Two interferometric techniques and their applications in structural damage identification are presented in this paper. Out-of-plane displacement fields of modal response are measured with a pulsed electronic speckle pattern interferometric system(ESPI). The modal rotation fields, defined as the spatial derivative of the displacement field, are measured with a pulsed speckle shearography system. The measurements using these two interferometric systems are compared with measurements from experimental modal analysis and results from finite element analysis. This comparison shows that these two interferometric techniques, which allow non-contact, full-field measurements, are well suited to the measurement of modal response. A damaged beam with free-free boundary conditions is analyzed. The damages studied are small cuts perpendicular to the beams longitudinal axis. The bending moments and shear forces, which are related to the second and third order spatial derivatives of the modal displacement field, in the undamaged and damaged states are computed using numerical differentiation techniques. The damage is localized by looking for maximum values and/or perturbations of damage indicators based on bending moments and shear forces along the beam. The pulsed speckle shearography system leads to a significant improvement in the computation of bending moments and shear forces and, therefore, better damage localizations than the ones obtained with the pulsed ESPI system.

2012Conference paper

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Interferometric techniques in structural damage identification

Publication . Lopes, Hernani; Ribeiro, J.E.; Santos, J.V. Araújo

This paper describes several interferometric techniques and their applications in structural damage identification. With that objective in mind, damaged aluminium beams with clamped-free and free-free boundary conditions are analyzed. Different damages cases are inflicted by creating small cuts perpendicular to the beams longitudinal axis, being the damage, therefore, characterized by the dimensions of these cuts. The out–of–plane displacement field of modal response is measured with an electronic speckle pattern interferometric system. The measurement of the static and dynamic rotation fields, defined as the spatial derivative of the displacement field, are measured with two different speckle shearography systems. Second and third order spatial derivatives of the displacement field, which are related to the bending moment and shear force, are computed by differentiation techniques. The cracks locations are determined by looking for maximum values and/or perturbations of damage indicators based on bending moments and shear forces. This method is validated by comparing its results with numerical ones, from which the most suitable interferometric technique is chosen.

2011Conference paper

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