QUANTIFICAÇÃO DE INCERTEZAS NA CARACTERIZAÇÃO DINÂMICA DE ESTRUTURAS AEROESPACIAIS POR ANÁLISE MODAL OPERACIONAL
análise modal operacional, quantificação de incertezas, método dos elementos finitos, parâmetros modais, dinâmica de estruturas.
A caracterização dinâmica de estruturas é essencial para a compreensão de seu comportamento vibratório, bem como para a garantia de desempenho e integridade em aplicações de engenharia. A Análise Modal Experimental (EMA, do inglês Experimental Modal Analysis) é a técnica mais consolidada na literatura mas, no entanto, apresenta limitações relevantes, como a dificuldade de aplicação em estruturas em condições de operação. Nesse contexto, a Análise Modal Operacional (OMA, do inglês Operational Modal Analysis) surge como uma alternativa robusta e versátil, permitindo a estimativa de parâmetros modais exclusivamente a partir das respostas estruturais, mesmo sob condições operacionais ou excitações ambientais. Ambas as abordagens podem ser integradas a modelos numéricos baseados no Método dos Elementos Finitos (MEF, do inglês Finite Element Method), contribuindo para o aprimoramento do processo de identificação modal. Apesar de amplamente empregada com sucesso nas últimas duas décadas, a OMA ainda demanda investigações adicionais quanto ao seu desempenho em diferentes cenários, especialmente no que se refere às incertezas associadas aos parâmetros estimados e à sua maior sensibilidade a ruídos em comparação à EMA. Diante disso, este trabalho investiga a aplicação de métodos de OMA na caracterização dinâmica de uma aeronave de competição SAE Aerodesign, contemplando também o desenvolvimento de um modelo numérico completo via MEF e a realização de um estudo sistemático de incertezas. A pesquisa foi estruturada em três etapas principais. Inicialmente, foram realizados ensaios experimentais para aquisição das respostas dinâmicas, seguidos pelo processamento dos dados por OMA, utilizando o método PolyMax no Simcenter Testlab 2206®. O processamento também aplicou os métodos OMA NASID, SSI-COV e SSI-DATA via scripts desenvolvidos em MATLAB® e uma versão do método PolyMax, também implementada no Simcenter Testlab 2206®. Na etapa seguinte, foi desenvolvido um modelo numérico robusto no ANSYS®, permitindo a realização de análises modais e a comparação entre resultados experimentais e numéricos. Por fim, foi proposto um procedimento para análise das incertezas dos parâmetros modais estimados pelos métodos de OMA, por meio da inserção de ruídos artificiais em cinco cenários distintos, utilizando simulações de Monte Carlo aplicadas aos métodos SSI-COV e SSI-DATA. O objetivo foi avaliar a robustez e a sensibilidade desses métodos frente a diferentes intensidades e características de ruído. Os resultados indicam que a OMA se apresenta como uma técnica precisa e confiável para a caracterização modal de estruturas aeronáuticas complexas, mesmo na presença de ruído. A metodologia proposta foi previamente validada por meio de sua aplicação a um painel sandwich/honeycomb, cujos parâmetros modais são amplamente documentados na literatura. Os métodos analisados apresentaram baixa variabilidade nos parâmetros modais estimados, com destaque para a elevada robustez do método SSI-COV. Esses achados reforçam o potencial da OMA para aplicações práticas no monitoramento da integridade estrutural no setor aeroespacial.