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.

Solução de problemas inversos de transferência radiativa em meios heterogêneos unidimensionais e uma e duas camadas utilizando o algoritmo dos vagalumes

Esta tese apresenta um estudo sobre modelagem computacional onde são aplicadas meta-heurísticas de otimização na solução de problemas inversos de transferência radiativa em meios unidimensionais com albedo dependente da variável óptica, e meios unidimensionais de duas camadas onde o problema inverso é tratado como um problema de otimização. O trabalho aplica uma meta-heurística baseada em comportamentos da natureza conhecida como algoritmo dos vagalumes. Inicialmente, foram feitos estudos comparativos de desempenho com dois outros algoritmos estocásticos clássicos. Os resultados encontrados indicaram que a escolha do algoritmo dos vagalumes era apropriada. Em seguida, foram propostas outras estratégias que foram inseridas no algoritmo dos vagalumes canônico. Foi proposto um caso onde se testou e investigou todas as potenciais estratégias. As que apresentaram os melhores resultados foram, então, testadas em mais dois casos distintos. Todos os três casos testados foram em um ambiente de uma camada, com albedo de espalhamento dependente da posição espacial. As estratégias que apresentaram os resultados mais competitivos foram testadas em um meio de duas camadas. Para este novo cenário foram propostos cinco novos casos de testes. Os resultados obtidos, pelas novas variantes do algoritmo dos vagalumes, foram criticamente analisados.

Aplicação de Inteligência Computacional para a Solução de Problemas Inversos de Transferência Radiativa em Meios Participantes Unidimensionais

Esta pesquisa consiste na solução do problema inverso de transferência radiativa para um meio participante (emissor, absorvedor e/ou espalhador) homogêneo unidimensional em uma camada, usando-se a combinação de rede neural artificial (RNA) com técnicas de otimização. A saída da RNA, devidamente treinada, apresenta os valores das propriedades radiativas [ω, τ0, ρ1 e ρ2] que são otimizadas através das seguintes técnicas: Particle Collision Algorithm (PCA), Algoritmos Genéticos (AG), Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) e Busca Tabu (BT). Os dados usados no treinamento da RNA são sintéticos, gerados através do problema direto sem a introdução de ruído. Os resultados obtidos unicamente pela RNA, apresentam um erro médio percentual menor que 1,64%, seria satisfatório, todavia para o tratamento usando-se as quatro técnicas de otimização citadas anteriormente, os resultados tornaram-se ainda melhores com erros percentuais menores que 0,04%, especialmente quando a otimização é feita por AG.

Análise dos problemas direto e inverso em um modelo de evolução populacional através de transformações integrais e inferência bayesiana

Modelos de evolução populacional são há muito tempo assunto de grande relevância, principalmente quando a população de estudo é composta por vetores de doenças. Tal importância se deve ao fato de existirem milhares de doenças que são propagadas por espécies específicas e conhecer como tais populações se comportam é vital quando pretende-se criar políticas públicas para controlar a sua proliferação. Este trabalho descreve um problema de evolução populacional difusivo com armadilhas locais e tempo de reprodução atrasado, o problema direto descreve a densidade de uma população uma vez conhecidos os parâmetros do modelo onde sua solução é obtida por meio da técnica de transformada integral generalizada, uma técnica numérico-analítica. Porém a solução do problema direto, por si só, não permite a simulação computacional de uma população em uma aplicação prática, uma vez que os parâmetros do modelo variam de população para população e precisam, portanto, ter seus valores conhecidos. Com o objetivo de possibilitar esta caracterização, o presente trabalho propõe a formulação e solução do problema inverso, estimando os parâmetros do modelo a partir de dados da população utilizando para tal tarefa dois métodos Bayesianos.

Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens

O uso de técnicas com o funcional de Tikhonov em processamento de imagens tem sido amplamente usado nos últimos anos. A ideia básica nesse processo é modificar uma imagem inicial via equação de convolução e encontrar um parâmetro que minimize esse funcional afim de obter uma aproximação da imagem original. Porém, um problema típico neste método consiste na seleção do parâmetro de regularização adequado para o compromisso entre a acurácia e a estabilidade da solução. Um método desenvolvido por pesquisadores do IPRJ e UFRJ, atuantes na área de problemas inversos, consiste em minimizar um funcional de resíduos através do parâmetro de regularização de Tikhonov. Uma estratégia que emprega a busca iterativa deste parâmetro visando obter um valor mínimo para o funcional na iteração seguinte foi adotada recentemente em um algoritmo serial de restauração. Porém, o custo computacional é um fator problema encontrado ao empregar o método iterativo de busca. Com esta abordagem, neste trabalho é feita uma implementação em linguagem C++ que emprega técnicas de computação paralela usando MPI (Message Passing Interface) para a estratégia de minimização do funcional com o método de busca iterativa, reduzindo assim, o tempo de execução requerido pelo algoritmo. Uma versão modificada do método de Jacobi é considerada em duas versões do algoritmo, uma serial e outra em paralelo. Este algoritmo é adequado para implementação paralela por não possuir dependências de dados como de Gauss-Seidel que também é mostrado a convergir. Como indicador de desempenho para avaliação do algoritmo de restauração, além das medidas tradicionais, uma nova métrica que se baseia em critérios subjetivos denominada IWMSE (Information Weighted Mean Square Error) é empregada. Essas métricas foram introduzidas no programa serial de processamento de imagens e permitem fazer a análise da restauração a cada passo de iteração. Os resultados obtidos através das duas versões possibilitou verificar a aceleração e a eficiência da implementação paralela. A método de paralelismo apresentou resultados satisfatórios em um menor tempo de processamento e com desempenho aceitável.

Estudo da quantificação de incertezas para o problema de contaminação de meios porosos heterogêneos

As técnicas de injeção de traçadores têm sido amplamente utilizadas na investigação de escoamentos em meios porosos, principalmente em problemas envolvendo a simulação numérica de escoamentos miscíveis em reservatórios de petróleo e o transporte de contaminantes em aquíferos. Reservatórios subterrâneos são em geral heterogêneos e podem apresentar variações significativas das suas propriedades em várias escalas de comprimento. Estas variações espaciais são incorporadas às equações que governam o escoamento no interior do meio poroso por meio de campos aleatórios. Estes campos podem prover uma descrição das heterogeneidades da formação subterrânea nos casos onde o conhecimento geológico não fornece o detalhamento necessário para a predição determinística do escoamento através do meio poroso. Nesta tese é empregado um modelo lognormal para o campo de permeabilidades a fim de reproduzir-se a distribuição de permeabilidades do meio real, e a geração numérica destes campos aleatórios é feita pelo método da Soma Sucessiva de Campos Gaussianos Independentes (SSCGI). O objetivo principal deste trabalho é o estudo da quantificação de incertezas para o problema inverso do transporte de um traçador em um meio poroso heterogêneo empregando uma abordagem Bayesiana para a atualização dos campos de permeabilidades, baseada na medição dos valores da concentração espacial do traçador em tempos específicos. Um método do tipo Markov Chain Monte Carlo a dois estágios é utilizado na amostragem da distribuição de probabilidade a posteriori e a cadeia de Markov é construída a partir da reconstrução aleatória dos campos de permeabilidades. Na resolução do problema de pressão-velocidade que governa o escoamento empregase um método do tipo Elementos Finitos Mistos adequado para o cálculo acurado dos fluxos em campos de permeabilidades heterogêneos e uma abordagem Lagrangiana, o método Forward Integral Tracking (FIT), é utilizada na simulação numérica do problema do transporte do traçador. Resultados numéricos são obtidos e apresentados para um conjunto de realizações amostrais dos campos de permeabilidades.

Violência entre parceiros íntimos: um fator de risco para a insegurança alimentar domiciliar?

O primeiro objetivo da Tese consistiu na identificação e caracterização dos instrumentos de aferição epidemiológicos que vêm sendo propostos para a abordagem de IA domiciliar, bem como na síntese de suas propriedades psicométricas. Para tal, realizou-se busca sistemática em três bases de dados eletrônicas: MEDLINE, LILACS e SciELO. Não houve delimitação do período de publicação. Os resultados são apresentados no artigo intitulado Household food insecurity: a systematic review of the measuring instruments used in epidemiological studies. Foram identificados 24 instrumentos, todos breves e de fácil aplicação. A maioria foi desenvolvida nos Estados Unidos. O instrumento HFSSM apresentou o maior número de estudos de utilização e psicométricos, podendo ser recomendado sem hesitação. O segundo e principal objetivo desta Tese foi avaliar se a ocorrência de violência psicológica e física entre parceiros íntimos pode ser considerada um fator de risco para a ocorrência de Insegurança Alimentar (IA) domiciliar. As informações que subjazem a pesquisa originaram-se de um inquérito domiciliar realizado no Distrito de Campos Elíseos, Município de Duque de Caxias, entre abril a novembro de 2010. A população de estudo foi selecionada por meio de amostragem por conglomerados em três estágios (setor censitário, domicílio, indivíduo) com técnicas de amostragem inversa para a seleção dos domicílios. A amostra do estudo incluiu 849 mulheres que no período da entrevista relataram possuir algum relacionamento amoroso nos 12 meses anteriores. As informações foram obtidas por meio de entrevista utilizando-se um questionário estruturado, contendo instrumentos previamente validados, como a Revised Conflict Tatics Scales (CTS2) para a mensuração das violências e a Escala Brasileira de Insegurança Alimentar (EBIA) para a IA domiciliar. Utilizou-se a análise de caminhos (Path Analysis) na análise de dados o que permitiu explorar as relações entre as violências, entre estas e o Transtorno Mental Comum (TMC), este último e a IA, bem como as relações mais distais do modelo teórico. Os resultados são apresentados no artigo intitulado Violência entre parceiros íntimos, transtornos mentais comuns e insegurança alimentar: modelagem de equações estruturais. A hipótese central deste estudo foi corroborada, na medida em que tanto a violência psicológica, como a violência física se mostraram importantes fatores de risco para a IA, via a ocorrência de TMC. Contrariamente ao esperado, notou-se um maior efeito da violência psicológica do que da violência física na ocorrência do desfecho. Espera-se que a divulgação dos resultados desta Tese auxilie os profissionais e gestores na área de segurança alimentar e nutricional, bem como pesquisadores da área na tomada de decisões em relação ao instrumento de aferição a ser utilizado para a caracterização das situações e ampliem o olhar sobre o problema, incorporando outros fatores de risco, tais como as violências entre parceiros íntimos, aqueles estritamente econômicos, habitualmente considerados no debate sobre os determinantes e estratégias de enfrentamento da IA.

Simulação de problemas de transferência de calor em regime permanente com uma relação entre condutividade térmica e temperatura constante por partes.

Este trabalho estuda a transferência de calor por condução considerando a condutividade térmica como uma função constante por partes da temperatura. Esta relação, embora fisicamente mais realista que supor a condutividade térmica constante, permite obter uma forma explícita bem simples para a inversa da Transformada de Kirchhoff (empregada para tratar a não linearidade do problema). Como exemplo, apresenta-se uma solução exata para um problema com simetria esférica. Em seguida, propôe-se uma formulação variacional (com unicidade demonstrada) que introduz um funcional cuja minimização é equivalente à solução do problema na forma forte. Finalmente compara-se uma solução exata obtida pela inversa da Transformada de Kirchhoff com a solução obtida via formulação variacional.

Perfil de vitamina D e sua associação com adiposidade corporal e resistência à insulina em pacientes com doença renal crônica na fase não dialítica

O termo vitamina D compreende um grupo de hormônios esteróides com ações biológicas semelhantes. O método mais acurado para determinar o estado de vitamina D é através dos níveis plasmáticos de 25 hidroxivitamina D [25(OH)D]. A deficiência de 25(OH)D é considerada um problema de saúde pública, tendo como principal causa à baixa exposição solar, idade avançada e doenças crônicas. A deficiência de 25(OH)D é frequente em pacientes com doença renal crônica (DRC) na fase não dialítica. Estudos têm evidenciado que os níveis séricos de 25(OH)D apresentam associação inversa com adiposidade corporal e resistência à insulina (RI) na população em geral e na DRC. O excesso de gordura corporal e o risco de Doença Cardiovascular (DVC) vêm sendo estudados em pacientes com DRC e dentre as complicações metabólicas associadas à adiposidade corporal elevada observa-se valores aumentados de HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance) um marcador para RI. Estudos avaliando o perfil da 25(OH)D na DRC na fase não dialítica, especialmente relacionados com a adiposidade corporal e RI são escassos. O presente estudo tem como objetivo avaliar a relação entre os níveis séricos de 25(OH)D, RI, e adiposidade corporal em pacientes com DRC na fase não dialítica. Trata-se de um estudo transversal observacional, incluindo pacientes adultos, clinicamente estáveis e com filtração glomerular estimada (FGe) ≤ 60 ml/min., em acompanhamento regular no Núcleo Interdisciplinar de Tratamento da DRC. Os participantes foram submetidos à avaliação do estado nutricional por antropometria (peso, altura, índice de massa corporal (IMC), circunferências e dobras cutâneas) e absorciometria de duplo feixe de raios X (DXA); foram avaliados no sangue: creatinina, uréia, glicose, albumina, colesterol total e frações e triglicérides, além de leptina, insulina e 25(OH)D. Níveis séricos < 20ng/dL de 25(OH)D foram considerados como deficiência. As análises estatísticas foram realizadas utilizando-se o software STATA versão 10.0, StataCorp, College Satation, TX, USA. Foram avaliados 244 pacientes (homens n=135; 55,3%) com média de idade de 66,3 13,4 anos e de FGe= 29,4 12,7 ml/min. O IMC médio foi de 26,1 kg/m (23,0-30,1) com elevada prevalência de sobrepeso/obesidade (58%). A adiposidade corporal total foi elevada em homens (gordura total-DXA= 30,2 7,6%) e mulheres (gordura total-DXA= 39,9 6,6%). O valor mediano de 25(OH) D foi de 28,55 ng/dL (35,30-50,70) e de HOMA-IR foi 1,6 (1,0-2,7). Os pacientes com deficiência de 25(OH)D (n= 51; 20,5%) apresentaram maior adiposidade corporal total (DXA% e BAI %) e central (DXA%) e valores mais elevados de leptina. A 25(OH)D apresentou correlação significante com adiposidade corporal total e central e com a leptina, mas não se associou com valores de HOMA-IR. Estes resultados permitem concluir que nos pacientes DRC fase não dialítica a deficiência de 25(OH)D e a elevada adiposidade corporal são frequentes. Estas duas condições estão fortemente associadas independente da RI; a alta adiposidade corporal total e central estão positivamente relacionadas com RI; 25(OH)H e RI não estão associados nessa população com sobrepeso/obesidade.