Desenvolvimento de um programa computacional visando o aprimoramento do uso da técnica da fotoelasticidade

Abstract

A fotoelasticidade é uma importante técnica para análise de tensões mecânicas em estruturas de geometria complexa e expostas a cargas igualmente complexas. Esta técnica baseia-se no princípio de que alguns materiais apresentam diferentes índices de refração quando submetidos a esforços mecânicos. Quando a peça é atravessada por um feixe de luz polarizado, na face oposta podem ser visualizadas franjas coloridas cujo aspecto é relacionado à tensão a qual a estrutura está exposta. A análise destas franjas coloridas da imagem da peça é uma medida indireta da tensão mecânica. Apesar dos avanços na fotoelasticidade, ainda é muito utilizada a análise semiquantitativa calculando-se a tensão na peça em pontos pré-determinados, o que de certo modo submete a análise das cores a inacurácia do olho humano, comprometendo a repetitibilidade e reprodutibilidade do experimento. A fim de superar esta adversidade foi desenvolvido um programa para análise de toda a área da imagem passando pela identificação unívoca das cores das franjas. O programa foi desenvolvido utilizando-se conceitos básicos de processamento de imagens como conectividade de pixels e detecção de borda, além de uma concepção utilizando-se um espaço de cor criado pela Comissão Internacional de Iluminação. Com o uso desta ferramenta computacional foi possível obter resultados da tensão de cisalhamento média na estrutura a partir da análise de todos os pixels da imagem, algo praticamente inconcebível de ser feito manualmente pela metodologia tradicional.

Photoelasticity is an important technique to the mechanics stress analysis in complex geometry structures and exposed to equally complex loads. Such technique is based in the principle in which some materials present different refraction index when subjected to load. When the part is crossed by a polarized light beam in the opposite face it is possible to visualize colored fringes whose appearance is related to the stress to which the structure is exposed. The analysis of the colored fringes image of the part is an indirect measure of mechanical stress. Despite the advances in photoelasticity, it is still widely used the semiquantitative analysis by calculating the stress in the part to pre-determined points which somehow submits the colors analysis to the inaccuracy from the human eye, compromising repeatability and reproducibility of the experiment. In order to overcome this adversity, software was developed for analysis of the entire image area through the univocal identification of the colors of the fringes. The software was developed using the basic concepts of image processing such as connectivity pixels and edge detection, besides a design using a color space created by the International Commission on Illumination. Using this computational tool, it was possible to obtain results of the average shear stress in the structure from the analysis of all pixels in the image, something almost inconceivable to be manually done by the traditional methodology.