Identificação de danos estruturais a partir do modelo de superfície de resposta

A identificação de danos estruturais é uma questão de fundamental importância na engenharia, visto que uma estrutura está sujeita a processos de deterioração e a ocorrência de danos durante a sua vida útil. A presença de danos compromete o desempenho e a integridade estrutural, podendo colocar vidas humanas em risco e resultam em perdas econômicas consideráveis. Técnicas de identificação de danos estruturais e monitoramento de estruturas fundamentadas no ajuste de um Modelo de Elementos Finitos (MEF) são constantes na literatura especializada. No entanto, a obtenção de um problema geralmente mal posto e o elevado custo computacional, inerente a essas técnicas, limitam ou até mesmo inviabilizam a sua aplicabilidade em estruturas que demandam um modelo de ordem elevada. Para contornar essas dificuldades, na formulação do problema de identificação de danos, pode-se utilizar o Modelo de Superfície de Reposta (MSR) em substituição a um MEF da estrutura. No presente trabalho, a identificação de danos estruturais considera o ajuste de um MSR da estrutura, objetivando-se a minimização de uma função de erro definida a partir das frequências naturais experimentais e das correspondentes frequências previstas pelo MSR. Estuda-se o problema de identificação de danos estruturais em uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, considerando as frequências naturais na formulação do problema inverso. O comportamento de uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada na presença de danos é analisado, com intuito de se verificar as regiões onde a identificação dos mesmos pode apresentar maior dificuldade. No processo de identificação de danos, do presente trabalho, são avaliados os tipos de superfícies de resposta, após uma escolha apropriada do tipo de superfície de resposta a ser utilizado, determina-se a superfície de resposta considerando os dados experimentais selecionados a partir do projeto ótimo de experimentos. A utilização do método Evolução Diferencial (ED) no problema inverso de identificação de danos é considerado inerente aos resultados numéricos obtidos, a estratégia adotada mostrou-se capaz de localizar e quantificar os danos com elevada acurácia, mostrando a potencialidade do modelo de identificação de danos proposto.

The identification of structural damage is an issue of fundamental importance in engineering, since a structure is subject to deterioration processes and to the occurrence of damage throughout its useful lifetime. The presence of damage compromises the performance and structural integrity, may put human lives at risk and may result in considerable economic losses. Damage identification and structural health monitoring techniques built on Finite Element Model (FEM) updating are constant in the specialized literature. However, the problem generally rank deficient and the high computational cost, inherent to these techniques, limit or even render their applicability in structures that require a high order model. To circumvent these difficulties, in the formulation of the damage identification problem, one may use a Response Surface Model (RSM) in place of a FEM of the structure. In the present work, the identification of structural damage considers the update of a RSM of the structure, with the aim at minimizing an error function defined from the experimental natural frequencies and the corresponding natural frequencies prescribed by a RSM. The problem of structural damage identification in a simply supported Euler-Bernoulli beam is studied, taking into account the natural frequencies in the inverse problem formulation. The behavior of a simply supported Euler-Bernoulli beam, in the presence of damage, is analyzed, in order to verify the identification of regions where the damage identification may present greater difficulties. In the damage identification process, in the present work, after a suitable choice of the type of the response surface model, the surface model is derived considering the experimental data selected from an optimal design of experiments. The use of the Differential Evolution (DE) method in the inverse problem of damage identification is considered. Considering the numerical results obtained, the strategy adopted proved to be able to locate and quantify the damage with high accuracy, showing the capability of the proposed damage identification model.