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Aperfeiçoamento do algoritmo de otimização híbrido Pincus-Nelder e Mead para detecção de dano em estruturas a partir de dados vibracionais

By Idilson António Nhamage

Abstract

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2014.Neste estudo, uma proposta de aperfeiçoamento do algoritmo deotimização híbrido estocástico-determinístico Pincus - Nelder e Mead(P-NMA) para detecção de dano em estruturas a partir de dadosvibracionais é apresentada. A formulação da função objetivo para oproblema de minimização é estabelecido pela diferença entre parâmetrosdinâmicos experimentais da estrutura na condição com dano e aquelescalculados utilizando um modelo de elementos finitos (MEF) querepresenta tal condição. Uma estratégia que permite acelerar aconvergência do algoritmo híbrido P-NMA Original para o problema deidentificação de dano é desenvolvida, sendo o algoritmo resultante aquidesignado por P-NMA Modificado. Para se poder ter uma base deescolha de parâmetros envolvidos na parte estocástica do algoritmo,funções testes de otimização global foram utilizadas. Em seguida, cincoexemplos numéricos de identificação de dano, todos retirados daliteratura, nomeadamente, uma viga simplesmente apoiada, uma viga embalanço, duas treliças planas e um pórtico plano com vários cenários dedano são apresentados. Os parâmetros dinâmicos utilizados nestetrabalho (frequências naturais e formas modais) são obtidos através dasolução do problema de autovalores. Para simular as características dainformação obtida por meio de um ensaio dinâmico real, foi consideradaa existência de apenas poucos modos de baixa frequência e também foianalisada a influência do ruído nas medições, que inclui igualmente aimprecisão na coleta de dados. Para testar a precisão e eficiência doalgoritmo resultante do aperfeiçoamento/modificações implementadas(o algoritmo P-NMA Modificado), uma comparação dos resultadosobtidos por meio deste novo algoritmo proposto e do algoritmo P-NMAOriginal é realizada. Além disso, os resultados do último exemplonumérico (pórtico plano) são comparados com aqueles existentes naliteratura, na qual o algoritmo P-NMA Original e o algoritmo genético(AG) foram utilizados. Em todos os casos analisados, as modificaçõesimplementadas funcionaram bem e os resultados foram promissores, oalgoritmo híbrido P-NMA Modificado foi mais preciso e apresentoumenor custo computacional comparativamente ao algoritmo híbrido PNMAOriginal e AG.<br>Abstract : In this study, an improvement in the hybrid stochastic-deterministicoptimization algorithm Pincus-Nelder and Mead (P-NMA) for vibrationbaseddamage detection in structures is proposed. The formulation of theobjective function for the minimization problem is established by thedifference between experimental dynamic parameters of the damagedstructure and those calculated using a finite element model (FEM) thatrepresents such condition. A strategy which allows a quick convergenceof the Original hybrid algorithm P-NMA for the damage identificationproblem is developed, and the resulting algorithm is denominated hereas Modified P-NMA. In order to have a basis for the choice ofparameters involved in the stochastic part of the hybrid algorithm, testfunctions for global optimization were used. Thereafter, five numericalexamples, all taken from literature, namely, a simply supported beam, acantilever beam, two plane trusses and a portal plane frame with severaldamage scenarios are presented. The dynamic parameters used in thiswork (natural frequencies and mode shapes) are obtained by solving theeigenvalue problem. To simulate the characteristics of informationobtained in a real dynamic test, only a few modes of low frequency wereconsidered and the influence of noise in the measurements, whichinclude the errors during data collection was also analyzed. To test theaccuracy and efficiency of the resultant algorithm from theimprovement/ implemented modifications (the Modified hybrid PNMA),a comparison of the results obtained from this new proposedalgorithm and the Original P-NMA algorithm is performed. In addition,the results of the last numerical example (portal plane frame) arecompared with those available in the literature, where the Original PNMAalgorithm and the genetic algorithm (GA) were used. In allanalyzed cases, the implemented improvements were satisfactory andthe results were promising, the Modified hybrid P-NMA algorithm wasmore accurate and had lower computational cost compared to theOriginal hybrid P-NMA algorithm and GA

Topics: Engenharia civil, Algoritmos, Método dos elementos finitos, Engenharia de estruturas, Vibração
Year: 2014
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.RI_UFSC:oai:repositorio.ufsc.br:123456789/130928
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