PT
A monitorização de saúde estrutural (SHM) desempenha um papel bastante
importante na indústria e na engenharia hoje em dia, uma vez que esta metodologia
mudou completamente o paradigma de como aferir o estado de saude das estruturas.
Anteriormente, a metodologia de referência consistia em realizar inspeções periódicas
com recurso a equipamentos externos, as quais eram realizadas por profissionais
especializados. Contudo, este método revelou ser bastante dispendioso e moroso.
Os sistemas SHM são considerados uma alternativa aos métodos tradicionais, uma
vez que esses sistemas permitem a aquisição contínua das respostas estruturais
provenientes das perturbações experimentadas pela estrutura e saber qual o estado de
saúde da estrutura com base nas medições efectuadas. Os sensores são base destes
sistemas, devendo ser acessíveis, leves e discretos, para não impor custo e peso à estrutura
e não interferir na resistência estrutural. Apesar da vasta gama de sensores disponíveis,
existe alguma carência de sensores altamente selectivos para o domínio dos Terahertz.
Embora o domínio THz seja um campo relativamente novo de investigação em sensores
eletromagnéticos, sabe-se que o uso de superfícies seletivas de frequência (FSSs) permite
a criação de dispositivos compactos que podem ser facilmente integrados na superfície
das estruturas sem prejudicar sua funcionalidade e aspecto estético.
O objetivo principal desta dissertação é estudar e simular numericamente sensores de
stress para a detecção de radiação THz para aplicações em SHM, com alta sensibilidade
e seletividade. A determinação dessas características para fornecer uma boa detecção foi
conseguida através da seleção apropriada de materiais e do design cuidadoso de filtros
passa-banda sintonizáveis por tensão para o domínio dos THz.
Foram realizadas simulações numéricas das componentes mecânica e
electromagnética dos sensores com objectivo de resolver a equação de elasticidade e as
equações de Maxwell respectivamente, para dois tipos de montagem dos dispositivos,
utilizando diferentes polímeros termoplásticos, tais como polietileno de alta densidade
(HDPE) e politetrafluoretileno (PTFE). Observou-se que podem ser adotadas duas
metodologias para controlar o nível de força aplicado aos sensores, tais como a variação
da corrente elétrica e o posicionamento da bobina no êmbolo.
EN
Structural health monitoring (SHM) plays a major role in industry and engineering
today, as this methodology has completely changed the paradigm of how to assess the
health status of structures. Previously, the methodology of reference, Non-Destructive
Testing (NDT), consisted on conducting periodic inspections, made by specialized
professionals that used external equipment. However, this method was quite expensive
and time consuming.
SHM systems are considered as an alternative to traditional methods, since these
systems allow the continuous acquisition of the structural responses from the disturbances
experienced by the structure. Through the measurement data, it will be possible to know
the health condition of the structure and the existence of structural damages. Sensors
represent a fundamental component of these systems, since they are responsible for the
acquisition of data related to the health and integrity of the structures and they should be
accessible, light and discrete, so as not to impose cost and weight on the structure and not
to interfere with the structural resistance. Although the THz domain is a relatively new
field of research in electromagnetic sensors, it is known that the use of frequency selective
surfaces (FSSs) allows the creation of compact devices which can be easily integrated
into the surface of the structures without harming its functionality and aesthetic
appearance.
The main goal of this dissertation is to study and numerically simulate stress sensors
for the detection of THz radiation for applications in SHM, with high sensitivity and
selectivity. Taylloring these characteristics to provide a good detection has been achieved
through appropriate selection of materials and careful design of stress tunnable band pass
filters for the THz domain. Numerical modelling of both the mechanical and
electromagnetics, solving the elasticity equation and Maxwell’s equations, respectively,
has been undertaken for two types of assembling of the devices using different
thermoplastic polymers such as high-density polyethylene (HDPE) and
polytetrafluoroethylene (PTFE). It was observed that two methodologies can be adopted
to control the level of force applied to the sensors, namely through, the variation of the
electric current and the positioning of the coil on the plunger.
