Fatigue damage assessment and detection in notched components based on phenomenological models and operational modal analysis

Resumen

El cálculo del daño acumulado por fatiga en estructuras en servicio, como herramienta para la predicción del fallo en componentes estructurales, así como del cálculo de la vida remanente, constituye uno de los retos en el análisis de la integridad estructural. Otro enfoque del problema consiste en utilizar técnicas de detección de daño basadas en Análisis Modal Operacional (OMA), mediante la comparación de los parámetros modales (frecuencias naturales, modos de vibración, etc.) correspondientes a dos estados diferentes de la estructura (dañado y no dañado). Ambos métodos son dos enfoques alternativos para la detección y predicción del fallo de estructuras en servicio. Sin embargo, no es sencillo establecer una relación directa entre el daño acumulado por fatiga, la posición del daño y la variación correspondiente de cada uno de los parámetros modales de la estructura. En este trabajo se han realizado ensayos de fatiga en una viga de acero S275, con sección cuadrada de 25mm de lado, en la que se han mecanizado distintos concentradores de tensiones. A partir de los resultados de los ensayos se ha realizado un ajuste del campo S-N y se han determinado las curvas de probabilidad de fallo. Por otro lado, se han aplicado técnicas de detección de daño utilizando las frecuencias naturales estimadas mediante análisis modal operacional. Finalmente, se han determinado las probabilidades de fallo por fatiga asociadas a cambios de frecuencias naturales del 2%, 3% y 5%, para los tres primeros modos de vibración de la viga.