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.

Arquitetura de uma rede de interconexão com memória compartilhada baseada na topologia crossbar

Multi-Processor System-on-Chip (MPSoC) possui vários processadores, em um único chip. Várias aplicações podem ser executadas de maneira paralela ou uma aplicação paralelizável pode ser particionada e alocada em cada processador, a fim de acelerar a sua execução. Um problema em MPSoCs é a comunicação entre os processadores, necessária para a execução destas aplicações. Neste trabalho, propomos uma arquitetura de rede de interconexão baseada na topologia crossbar, com memória compartilhada. Esta arquitetura é parametrizável, possuindo N processadores e N módulos de memórias. A troca de informação entre os processadores é feita via memória compartilhada. Neste tipo de implementação cada processador executa a sua aplicação em seu próprio módulo de memória. Através da rede, todos os processadores têm completo acesso a seus módulos de memória simultaneamente, permitindo que cada aplicação seja executada concorrentemente. Além disso, um processador pode acessar outros módulos de memória, sempre que necessite obter dados gerados por outro processador. A arquitetura proposta é modelada em VHDL e seu desempenho é analisado através da execução paralela de uma aplicação, em comparação à sua respectiva execução sequencial. A aplicação escolhida consiste na otimização de funções objetivo através do método de Otimização por Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization - PSO). Neste método, um enxame de partículas é distribuído igualmente entre os processadores da rede e, ao final de cada interação, um processador acessa o módulo de memória de outro processador, a fim de obter a melhor posição encontrada pelo enxame alocado neste. A comunicação entre processadores é baseada em três estratégias: anel, vizinhança e broadcast. Essa aplicação foi escolhida por ser computacionalmente intensiva e, dessa forma, uma forte candidata a paralelização.

Aplicação da técnica simulated annealing na investigação da ciclagem de nitrogênio na inteface água-sedimento

Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras.

Formulação teórica dos fundamentos da otimização global topográfica com análise de desempenho e aplicações à estabilidade de fases de misturas termodinâmicas

Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global.

Avaliação de modelos de permeabilidade em meios porosos não consolidados

As simulações computacionais tem sido amplamente empregadas no estudo do escoamento darciano e não-darciano em meios porosos consolidados e não-consolidados. Neste trabalho, através de uma nova formulação para a equação de Forchheimer, foram identificadas duas novas propriedades denominados fator de comportamento do fluido, que atua paralelamente a permeabilidade, e permeabilidade equivalente global, resultado da relação anterior. Este comportamento foi estudado e validado através da implementação de um aparato experimental e um código computacional baseado no modelo de regressão-linear que, além disso, demonstrou que o escoamento, ainda que em regime não darciano, comporta-se linearmente como a equação de Darcy, ainda que o coeficiente angular desta diminuiu de acordo com a faixa do número de Reynolds atingida, sendo esta dependente do tipo de leito empregado. Ainda neste trabalho, foi implementado o método de otimização R2W para estimar os parâmetros da equação de Kozeny-Carman a partir de dados experimentais obtidos por Dias et al, a fim de simular o escoamento darciano em meios porosos. Por fim, foi alcançada excelente concordância entre os dados simulados pelo método R2W / equação de Kozeny-Carman e os dados reais.

Otimização global topográfica aplicada a problemas de otimização com restrições de igualdade e desigualdade

Os métodos de otimização que adotam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são eficientes e normalmente esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados através da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, o qual tem caráter local. Esses métodos levam a algoritmos iterativos que são usados para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear, principalmente não-convexas e multimodais, dependendo da posição dos pontos de partida. Método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, o qual é fundamentado nos conceitos elementares da teoria dos grafos, com a finalidade de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, com base nos pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem como objetivo a aplicação do método de Otimização Global Topográfica junto com um método robusto e eficaz de direções viáveis por pontos-interiores a problemas de otimização que tem restrições de igualdade e/ou desigualdade lineares e/ou não lineares, que constituem conjuntos viáveis com interiores não vazios. Para cada um destes problemas, é representado também um hiper-retângulo compreendendo cada conjunto viável, onde os pontos amostrais são gerados.

3D modeling of high temperature superconducting staggered array undulator

A 3-D model of a superconducting staggered array undulator has been built, which could serve as a powerful tool to solve electromagnetic problems and to realize field optimization of such design. Given the limitation of 2-D simulation for irregular shapes and complex geometries, 3-D models are more desirable for a comprehensive investigation. An optimization method for the undulator peak field is proposed; up to 32% enhancement can be achieved by introducing major segment bulks. Some improvements of the undulator design are obtained by careful analyzing of the simulation results. © 2002-2011 IEEE.

Characterization of parasitics in TO-packaged high-speed laser modules

An elaborate analysis of the parasitic network of high-speed through-hole packaging (TO)-type laser modules is presented using a small-signal equivalent circuit model. The intrinsic laser diode is obtained using the optical modulation technique, and is embedded into the model as a separate component. Three step-by-step measurements are made for determining the packaging parasitic network, including the test fixture, TO header, submount, bonding wire, and parasitics of the laser chip. A good agreement between simulated and measured results confirms the validation and accuracy of the characterization procedures. Furthermore, several key parasitic elements are found based on the simulation of the high-frequency responses of the packaged devices. It is expected that the 3-dB bandwidth of 12 GHz or more of the low-cost TO packaged laser module may be achieved using the proposed optimization method.

采用基本块规约的控制流检测性能优化方法

控制流检测是抵御单粒子事件的有效手段之一.目前的主流方法是采用嵌入式签名技术, 但是该技术引入的检测指令过多, 导致程序效率低下. 本文使用基本块规约的技术, 在原基本块的基础上, 选择合适的约束量重新划分基本块, 减少引入的检测指令. 与8个常见算法的性能比较表明, 该方法在软错误检测覆盖率基本不变的前提下,能有效提高目标程序效率.

基于基本块的控制流检错方法优化研究

系统的高可靠性是研究航空航天领域的一个重要指标. 由于太空环境的特殊性, 辐射和高能粒子会造成计算机系统的出现瞬时性错误, 这种错误被称作软错误, 它对航空航天器件造成了很大的影响, 严重降低系统的可靠性. 检测和防护这种软错误是航空航天系统中的重要研究方向之一. 软错误的检测和防护包括硬件防护与检错, 软硬件混合检错以及纯软件检错等. 随着商用器件的广泛使用, 与之相配合的各种软错误软件检错方法开始得到深入的研究, 在各种软件检错方法中, 控制流检测是抵御单粒子事件的有效手段之一.目前的主流方法是采用嵌入式签名技术, 但是该技术引入的检测指令过多, 导致程序效率低下. 本文从总结控制流检测技术的共同点出发, 分析该技术导致效率低下的原因：由于基本块定义的约束导致程序中基本块过多, 进而在代码注入过程中引入过多的判断及跳转指令, 导致程序效率低下. 本文针对这种情况, 提出了一种基于源代码分析的基本块规约的方法. 该方法通过修改基本块定义的约束, 使在新的基本块定义下每个基本块能够容纳更多的指令, 减少检测指令的注入, 提高效率；并且在新的基本块定义下, 原来的控制流检错方法仍可以不加修改的直接应用于新的基本块定义上. 该方法能在不修改benchmark源代码以及控制流检测方法的基础上, 选择合适的约束量重新划分基本块, 减少引入的检测指令. 本文中使用该方法以ECCA, CFCSS和RSCFC三个控制流检错方法作为验证对象, 使用这3种控制流检错方法, 在不同的约束量作用下, 对8个常见算法的benchmark进行了软错误覆盖率测试和效率测试. 多次实验数据表明, 该方法在提高检错算法效率的同时, 能够保持软错误检错的覆盖率基本不变. 在对控制流检错算法进行优化的同时, 本文还完成了相应的控制流分析工具, 基于模拟器的错误注入和代码片段执行时间检测工具等. 有效的对优化算法进行了评估和测试.

Experimental verification of therapeutic doses for the superficially-placed tumor radiotherapy with heavy ions at HIRFL

Up to now, clinical trials of heavy-ion radiotherapy for superficially placed tumors have been carried out for six times and over 60 selected patients have been treated with 80—100 MeV/u carbon ions supplied by the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) at the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences since November, 2006. A passive irradiation system and a dose optimization method for radiotherapy with carbon-ion beams have been developed. Experimental verification of longitudinally ...

输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

根据跨越超高压输电线路障碍物的类型,提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状,机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡,对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩,在下坡时行走电动机提供制动力矩,以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态,驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系,并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时,机器人机构参数对应的最优解,为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。

基于遗传退火算法的装配线设计多目标优化方法

针对混装配线设计这一有约束的多目标优化问题,建立了数学模型。将基于Pareto的解的分级方法与Lp-范数形式的非线性机制相组合,构建了基于遗传退火算法多目标优化方法。重点阐述了个体编码、染色体检修、多目标处理机制等关键技术。设计了算法流程图,并开发了优化程序。该方法克服了加权和方法的不足,用模拟退火改善了遗传算法全局寻优性能。计算实例表明,随着迭代次数的增加,每代的非受控点逐渐收敛于Pareto最优边界,是一种混装线设计多目标优化的新方法。

基于模型的位姿估计中优化方法研究

介绍了基于模型的位姿估计中所使用的一些优化方法。为了提高位姿估计的精度,摄像机的标定参数必须足够精确,这就对标定过程的非线性优化算法提出了很高的要求,采用了一种新的优化目标函数,用来最小化控制点间的三维重建误差,从而使标定参数是全局最优;在双像机位姿估计中,引入了实时遗传算法进行全局搜索,加快了算法的收敛速度。最后的实验证明了这些方法的正确性并显示出这些方法在精度上比传统方法有了较大程度的提高。

混沌粒子群混合算法对微型永磁电机的优化设计

在电机的设计中,常常需要通过优化设计得到合理的电机结构尺寸和参数.电机的设计问题实质上是一种带约束的复杂的非线性连续函数优化问题.要得到一个满意的优化结果不仅要求算法具有较高的精度,而且要有快的收敛速度.提出一种新的混合算法对永磁电机的尺寸和整体结构进行优化设计.将混沌算法和粒子群算法相结合,以微型永磁电机为例,对槽形等多个变量进行优化,结果证明了算法的有效性和快速性,适合于同类问题求解.