Identificação de danos estruturais utilizando técnicas de otimização.

Sistemas estruturais em suas variadas aplicações incluindo-se veículos espaciais, automóveis e estruturas de engenharia civil tais como prédios, pontes e plataformas off-shore, acumulam dano durante suas vidas úteis. Em muitas situações, tal dano pode não ser visualmente observado. Do ponto de vista da segurança e da performance da estrutura, é desejável monitorar esta possível ocorrência, localizá-la e quantificá-la. Métodos de identificação de sistemas, que em geral, são classificados numa categoria de Técnicas de Avaliação Não-Destrutivas, podem ser utilizados para esta finalidade. Usando dados experimentais tais como frequências naturais, modos de vibração e deslocamentos estáticos, e um modelo analítico estrutural, parâmetros da estrutura podem ser identificados. As propriedades estruturais do modelo analítico são modificadas de modo a minimizar a diferença entre os dados obtidos por aquele modelo e a resposta medida. Isto pode ser definido como um problema inverso onde os parâmetros da estrutura são identificados. O problema inverso, descrito acima, foi resolvido usando métodos globais de otimização devido à provável presença de inúmeros mínimos locais e a não convexidade do espaço de projeto. Neste trabalho o método da Evolução Diferencial (Differential Evolution, DE) foi utilizado como ferramenta principal de otimização. Trata-se de uma meta-heurística inspirada numa população de soluções sucessivamente atualizada por operações aritméticas como mutações, recombinações e critérios de seleção dos melhores indivíduos até que um critério de convergência seja alcançado. O método da Evolução Diferencial foi desenvolvido como uma heurística para minimizar funções não diferenciáveis e foi aplicado a estruturas planas de treliças com diferentes níveis de danos.

Identificação de danos estruturais via método de Monte Carlo com cadeias de Markov

O presente trabalho apresenta um estudo referente à aplicação da abordagem Bayesiana como técnica de solução do problema inverso de identificação de danos estruturais, onde a integridade da estrutura é continuamente descrita por um parâmetro estrutural denominado parâmetro de coesão. A estrutura escolhida para análise é uma viga simplesmente apoiada do tipo Euler-Bernoulli. A identificação de danos é baseada em alterações na resposta impulsiva da estrutura, provocadas pela presença dos mesmos. O problema direto é resolvido através do Método de Elementos Finitos (MEF), que, por sua vez, é parametrizado pelo parâmetro de coesão da estrutura. O problema de identificação de danos é formulado como um problema inverso, cuja solução, do ponto de vista Bayesiano, é uma distribuição de probabilidade a posteriori para cada parâmetro de coesão da estrutura, obtida utilizando-se a metodologia de amostragem de Monte Carlo com Cadeia de Markov. As incertezas inerentes aos dados medidos serão contempladas na função de verossimilhança. Três estratégias de solução são apresentadas. Na Estratégia 1, os parâmetros de coesão da estrutura são amostrados de funções densidade de probabilidade a posteriori que possuem o mesmo desvio padrão. Na Estratégia 2, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, determina-se regiões da viga potencialmente danificadas e os parâmetros de coesão associados à essas regiões são amostrados a partir de funções de densidade de probabilidade a posteriori que possuem desvios diferenciados. Na Estratégia 3, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, apenas os parâmetros associados às regiões identificadas como potencialmente danificadas são atualizados. Um conjunto de resultados numéricos é apresentado levando-se em consideração diferentes níveis de ruído para as três estratégias de solução apresentadas.

Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração

O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos, quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura. A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados. Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial. Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos, assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos.

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.

Algoritmos de otimização e o problema inverso aplicados à identificação de danos estruturais com o uso do MEF

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.

Identificação de danos em estruturas bi-dimensionais via matriz de flexibilidade baseado em um modelo de dano contínuo

No presente trabalho, o modelo de identificação de danos apresentado por Stutz et al. (2005) é utilizado. A contribuição do presente trabalho consiste em avaliar alguns pontos da identificação de danos em vigas e, em seguida, expandir o modelo para identificar danos estruturais em placas. Uma avaliação do comportamento das frequências naturais e da matriz de flexibilidade para uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, na presença de danos simulados pelo parâmetro de coesão é realizada. Essa análise, permite também o conhecimento das regiões onde há maior sensibilidade ao dano, ajudando a traçar estratégias para melhorar a identificação de danos em regiões que sofrem poucas alterações na presença de falhas estruturais. Comparou-se o comportamento dos dois primeiros modos de vibração da viga simplesmente apoiada na presença de um dano estrutural, com os dois primeiros modos de vibração da estrutura intacta e corrompidos por ruído. Diversos métodos de localização de danos e de otimização são avaliados na tentativa de identificar os danos simulados através do campo de danos proposto por Stutz et al. (2005) na presença de dados ruidosos. Após a apresentação de resultados da identificação de danos obtidos para uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, uma análise do comportamento das frequências naturais e da matriz de flexibilidade de uma viga de Euler- Bernoulli engastada na presença de danos é apresentada, assim como os resultados de identificação de danos considerando-se diversos cenários e níveis de ruído. Uma importante contribuição do presente trabalho consiste em propor um método de identificação de danos via matriz de flexibilidade onde o campo de defeitos para a placa de Kirchoff é modelado via MEF. Uma análise do comportamento da matriz de flexibilidade devido à presença de danos na placa é apresentada, assim como os resultados numéricos da identificação de danos estruturais com e sem a presença de dados ruidosos. Com a finalidade de reduzir o custo computacional na identificação de danos em estruturas complexas, uma hibridização entre o método de otimização por enxame de particulas (PSO, do inglês, Particle Swarm Optimization) e o método de otimização Levenberg-Marquardt é proposta. Resultados numéricos da hibridização para uma estrutura do tipo placa são apresentados.

Identificação de falhas estruturais usando sensores e atuadores piezelétricos e redes neurais artificiais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Monitoramento de danos estruturais utilizando sensores de nanocompósitos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Monitoramento de integridade estrutural baseada em sensores piezelétricos e análise de sinais no domínio do tempo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelação e monitorização do comportamento dinâmico de barragens abóbada: identificação modal automática

Trabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório de Engenharia Civil (LNEC) para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC

Monitoramento e identificação numérico e experimental de danos em vigas e pontes de aço e concreto utilizando transformadas de wavelet

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.

Aperfeiçoamento do algoritmo algébrico sequencial para a identificação de variações abruptas de impedância acústica via otimização

Neste trabalho são utilizados a técnica baseada na propagação de ondas acústicas e o método de otimização estocástica Luus-Jaakola (LJ) para solucionar o problema inverso relacionado à identificação de danos em barras. São apresentados o algoritmo algébrico sequencial (AAS) e o algoritmo algébrico sequencial aperfeiçoado (AASA) que modelam o problema direto de propagação de ondas acústicas em uma barra. O AASA consiste nas modificações introduzidas no AAS. O uso do AASA resolve com vantagens o problema de identificação de danos com variações abruptas de impedância. Neste trabalho são obtidos, usando-se o AAS-LJ e o AASA-LJ, os resultados de identificação de cinco cenários de danos. Três deles com perfil suave de impedância acústica generalizada e os outros dois abruptos. Além disso, com o objetivo de simular sinais reais de um experimento, foram introduzidos variados níveis de ruído. Os resultados alcançados mostram que o uso do AASA-LJ na resolução de problemas de identificação de danos em barras é bastante promissor, superando o AAS-LJ para perfis abruptos de impedância.

Análise comparativa do perfil lipídico do plasma seminal associado ao estresse oxidativo

O estresse oxidativo é um dos fatores mais importantes na diminuição da qualidade do sêmen, pois leva a perda da integridade da membrana dos espermatozóides e de danos estruturais ao DNA através da cascata de lipoperoxidação. Os danos funcionais relacionados ao estresse oxidativo como a diminuição da motilidade e da viabilidade do espermatozóide são algumas das principais causas de infertilidade masculina. Ainda, os lipídios que compõe a membrana plasmática são macromoléculas que, além de estarem envolvidas em complexos sistemas biológicos e processos metabólicos da célula, são altamente susceptíveis ao processo de lipoperoxidação desencadeado pelo estresse oxidativo. Neste contexto, este projeto propôs o estudo das alterações no perfil lipídico do plasma seminal que pudessem estar relacionadas ao estresse oxidativo e posterior comparação destes perfis em busca de biomarcadores de infertilidade. Para isso, foram coletadas amostras de sêmen de 116 pacientes que procuraram o setor de Reprodução Humana da Universidade Federal de São Paulo. Estas amostras foram submetidas a técnica de TBARS para quantificação dos produtos finais do estresse oxidativo e separação dos grupos, e em seguida, ao protocolo de extração de lipídios para obtenção dos espectros de massa através da técnica de MALDI (Matrix Assisted Laser Disorption Ionization). Com esta análise foi possível a identificação de 31 lipídeos super representados nos diferentes grupos e que, futuramente, poderão vir a ser utilizados na avaliação da qualidade seminal

Estudo preliminar da cadeia produtiva do cupuaçu (Theobroma grandiflorum (Willd. ex Spreng.) Schum) no Amazonas.

Caracterização geral da cadeia produtiva do cupuaçu. Setor produtivo. Agregação de valores - Agroindústria. Comercialização. Consumidor final. Análise diagnóstica. Análise prognóstica. Identificação de limitações estruturais e tecnológicas da cadeia produtiva do cupuaçu. Demandas identificadas.

Família multigeracional e relações intergeracionais : perspectiva sistémica

Os sistemas familiares multigeracionais (três ou mais gerações vivas) passaram de raros no passado a uma realidade social cada vez mais comum na actualidade, devido ao fenómeno demográfico de envelhecimento populacional. Este estudo pretende contribuir para o conhecimento deste sistema social, situado entre a família nuclear e a comunidade, procurando descrever a sua estrutura, funções e padrões relacionais dos seus membros com outros familiares e com os sistemas sociais envolventes. Para tal, foi organizada uma amostra de 25 famílias multigeracionais (contendo quatro gerações), à qual foi aplicada uma entrevista de genograma a um elemento das gerações intermédias e quatro entrevistas de análise da rede social pessoal (uma por geração), perfazendo um total de 25 entrevistas de genograma e 92 de avaliação da rede social (menos 8 do que o esperado devido a mortalidade experimental). A análise dos dados possibilitou: 1) a aplicação do princípio de totalidade sistémica à família multigeracional, a sua definição como um sistema social de complexidade idiossincrática, a identificação dos subsistemas que compõem o objecto de estudo (indivíduo, núcleo familiar, composição familiar, geração, linhagem), e a definição de uma tipologia familiar multigeracional (família unificada, dispersa e fragmentada); 2) a identificação e análise de papéis sociais desempenhados pelos indivíduos no contexto familiar multigeracional especificamente relevantes neste nível sistémico (guardião das memórias familiares, elo de ligação familiar, pronto-socorro familiar); 3) a descrição das redes sociais pessoais e a identificação das diferenças estruturais e funcionais entre indivíduos pertencentes a diferentes subsistemas geracionais, que permitem reflectir sobre a evolução da rede social ao longo das várias fases de desenvolvimento individual e familiar; 4) um conhecimento mais aprofundado das redes sociais dos indivíduos mais idosos que pertencem a famílias multigeracionais, da composição da matriz relacional percepcionada como significativa e apoios disponibilizados. Em suma, os dois primeiros capítulos reflectem o esforço de desenvolvimento de um modelo heurístico para o sistema familiar multigeracional, numa perspectiva estruturalista, enquanto os dois capítulos subsequentes, apoiandose conceptualmente nos anteriores, facultam um quadro das relações entre subsistemas geracionais na actualidade, através de uma metodologia de análise das redes sociais. ABSTRACT: Multigenerational family systems comprising four generations are increasingly common nowadays due to the demographic phenomenon of population aging. This study aims at a deeper understanding of this social system, placed between the nuclear family and the community, in particular by describing its structure, functions and relational patterns of its members with other members in the family and surrounding social systems. A sample of 25 multigenerational families (comprising four generations) was selected. A genogram interview was applied to a member of the middle generations, and four personal social network questionnaires were administered to one element of each generation. A total of 25 genograms and 92 social network inventories were collected (minus 8 than expected due to experimental mortality). Main findings were: 1) the application of systemic principles to the multigenerational family, which allowed us to define it as a social system of idiosyncratic complexity, involving specific subsystems (individual, family nucleus, family composition, generation, lineage), and also to define a multigenerational family typology (unified, dispersed and fragmented family); 2) the identification and analysis of social roles assumed by individuals in the multigenerational family context, that are specifically relevant in this systemic level (keeper of family memories, connecting link in the family, family first aider); 3) the description of the personal social networks and the identification of structural and functional differences among individuals belonging to different generational subsystems, which allowed for a reflection on the evolution of social networks through the various stages of individual and family development; 4) a deeper knowledge of the eldest family members social networks, i.e. the relational matrix of significant individuals and supports in oldold age. In summary, the first two chapters reflect the development of a heuristic model directed at the multigenerational family, whereas the two subsequent chapters provide a view of contemporaneous relationships between generational subsystems, through a social network analysis methodology.