Development of a multi-objective optimization algorithm based on lichtenberg figures

This doctoral dissertation presents the most important concepts of multi-objective optimization and a systematic review of the most cited articles in the last years of this subject in mechanical engineering. The State of the Art shows a trend towards the use of metaheuristics and the use of a posteriori decision-making techniques to solve engineering problems. This fact increases the demand for algorithms, which compete to deliver the most accurate answers at the lowest possible computational cost. In this context, a new hybrid multi-objective metaheuristic inspired by lightning and Linchtenberg Figures is proposed. The Multi-objective Lichtenberg Algorithm (MOLA) is tested using complex test functions and explicit contrainted engineering problems and compared with other metaheuristics. MOLA outperformed the most used algorithms in the literature: NSGA-II, MOPSO, MOEA/D, MOGWO, and MOGOA. After initial validation, it was applied to two complex and impossible to be analytically evaluated problems. The first was a design case: the multi-objective optimization of CFRP isogrid tubes using the finite element method. The optimizations were made considering two methodologies: i) using a metamodel, and ii) the finite element updating. The last proved to be the best methodology, finding solutions that reduced at least 45.69% of the mass, 18.4% of the instability coefficient, 61.76% of the Tsai-Wu failure index and increased by at least 52.57% the natural frequency. In the second application, MOLA was internally modified and associated with feature selection techniques to become the Multi-objective Sensor Selection and Placement Optimization based on the Lichtenberg Algorithm (MOSSPOLA), an unprecedented Sensor Placement Optimization (SPO) algorithm that maximizes the acquired modal response and minimizes the number of sensors for any structure. Although this is a structural health monitoring principle, it has never been done before. MOSSPOLA was applied to a real helicopter’s main rotor blade using the 7 best-known metrics in SPO. Pareto fronts and sensor configurations were unprecedentedly generated and compared. Better sensor distributions were associated with higher hypervolume and the algorithm found a sensor configuration for each sensor number and metric, including one with 100% accuracy in identifying delamination considering triaxial modal displacements, minimum number of sensors, and noise for all blade sections.Esta tese de doutorado traz os conceitos mais importantes de otimização multi-objetivo e uma revisão sistemática dos artigos mais citados nos últimos anos deste tema em engenharia mecânica. O estado da arte mostra uma tendência no uso de meta-heurísticas e de técnicas de tomada de decisão a posteriori para resolver problemas de engenharia. Este fato aumenta a demanda sobre os algoritmos, que competem para entregar respostas mais precisas com o menor custo computacional possível. Nesse contexto, é proposta uma nova meta-heurística híbrida multi-objetivo inspirada em raios e Figuras de Lichtenberg. O Algoritmo de Lichtenberg Multi-objetivo (MOLA) é testado e comparado com outras metaheurísticas usando funções de teste complexas e problemas restritos e explícitos de engenharia. Ele superou os algoritmos mais utilizados na literatura: NSGA-II, MOPSO, MOEA/D, MOGWO e MOGOA. Após validação, foi aplicado em dois problemas complexos e impossíveis de serem analiticamente otimizados. O primeiro foi um caso de projeto: otimização multi-objetivo de tubos isogrid CFRP usando o método dos elementos finitos. As otimizações foram feitas considerando duas metodologias: i) usando um meta-modelo, e ii) atualização por elementos finitos. A última provou ser a melhor metodologia, encontrando soluções que reduziram pelo menos 45,69% da massa, 18,4% do coeficiente de instabilidade, 61,76% do TW e aumentaram em pelo menos 52,57% a frequência natural. Na segunda aplicação, MOLA foi modificado internamente e associado a técnicas de feature selection para se tornar o Seleção e Alocação ótima de Sensores Multi-objetivo baseado no Algoritmo de Lichtenberg (MOSSPOLA), um algoritmo inédito de Otimização de Posicionamento de Sensores (SPO) que maximiza a resposta modal adquirida e minimiza o número de sensores para qualquer estrutura. Embora isto seja um princípio de Monitoramento da Saúde Estrutural, nunca foi feito antes. O MOSSPOLA foi aplicado na pá do rotor principal de um helicóptero real usando as 7 métricas mais conhecidas em SPO. Frentes de Pareto e configurações de sensores foram ineditamente geradas e comparadas. Melhores distribuições de sensores foram associadas a um alto hipervolume e o algoritmo encontrou uma configuração de sensor para cada número de sensores e métrica, incluindo uma com 100% de precisão na identificação de delaminação considerando deslocamentos modais triaxiais, número mínimo de sensores e ruído para todas as seções da lâmina

Social approach concerning information security

O uso cada vez mais disseminado de sistemas informatizados integrados por meio de redes é um fato determinante da sociedade da informação. Este universo de conteúdos e continentes digitais está sujeito a várias ameaças que comprometem seriamente a segurança do complexo usuário- sistema-informação. A tecnologia da informação é capaz de apresentar parte da solução a este problema, mas não é capaz de resolvê-lo integralmente. As políticas de segurança da informação devem contemplar o adequado equilíbrio dos aspectos humanos e técnicos da segurança da informação, em contraposição aos modelos de políticas atuais, extremamente voltados às questões tecnológicas. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe ever increasing use of network-integrated information systems is an Information Society’s landmark. This universe of digital contents and media is prone to some threats that seriously compromise the security of the user-system- information relationship. Information technology can present part of this problem’s solution, but cannot solve it integrally. The information security policies must observe the balance between the human and technology issues about information security, in contrast with current policy models, extremely devoted to technological questions

The thermomechanical behaviour of high alumina bricks

The modelling, design and optimisation of refractory masonry structures and refractory linings requires the understanding of its thermomechanical properties. The most used techniques for thermomechanical characterization of refractory ceramics is presented in this communication, as well the most important properties used for designing. This study is focused on the work lining of steel ladles, the masonry studied is composed by high alumina bricks with dry joints. The mechanical behaviour of alumina spinel bricks is been investigated by compressive strain-stress curves at different temperatures. The characterization of refractory masonry is required for calibration and validation of numerical models and for definitions of nonlinear homogenization techniques. The first step is the mechanical characterization of the bricks. Compressive tests are being performed at cylindrical samples extracted from the bricks to generate its compressive strain-stress curves at room temperature, 600ºC, 800ºC and 1.000ºC. The samples dimension is 50 mm in diameter by 130 mm in height. An electric split furnace will be used to heat the samples at the rate of 5ºC/min. The strains will be measured using a strain gage positioned at the opening of the furnace and the displacement given by the press will monitored. A 200 kN press with an electromechanical jack will be used to apply the compressive load. The results of the brick characterization tests are the compressive strain-stress curves of the material. It will be possible to identify the compressive strength of the material at room temperature (fc) and the compressive strength at a given temperature Θ (fc,Θ). The strain corresponding to fc (ec1) and the rupture strain (ecu) may also be determined for each temperature. The compressive strain-stress curves may be used for modelling, once they represent the damage plasticity of the material. This research will generate experimental results that will be used for calibration and validation of numerical models. Once the models are validated, they will be used to optimise the design of refractory masonry used at steel ladles

The characterization of joint behaviour in mortarless refractory masonry

The understanding of the compressive and tangential behaviour of mortarless joints is mandatory to optimize the design of refractory linings. The joints play an important role during the heating of the equipment, as they reduce the stresses generated due to thermal expansion. This study investigates the normal and tangential behaviour of joints in alumina spinel bricks. The mechanical characterization of the compressive strength of the material is performed at room and elevated temperature. During fabrication this brick, it is pressed, therefore, tests were performed in pressing and orthogonal-to-pressing direction. The thickness of joints is estimated based on a compressive test in two stacked bricks, the joint closure is an nonlinear and strongly heterogeneous and nonlinear phenomena. The determination of the friction angle and friction coefficient of the bricks were performed based on a slipping test.European Commission, Marie Skłodowska-Curie Actions Innovative Training Networks in the frame of the project ATHOR - Advanced THermomechanical multiscale modelling of Refractory linings 764987 Gran

Numerical simulations on refractory lining for steel casting vessels

The manufacturing of several materials adopted in industry, civil construction and our daily life has processes performed at high temperatures, such as melting and heat treatments. Thus, these production processes require products that resist to high temperatures, maintaining their physical and chemical properties in service. Refractory ceramics, due to their properties, have been used for this purpose, having crucial importance in high temperature processes. Refractory linings (composed of refractory ceramics) are used in industrial vessels to produce steel, iron, cement, non-ferrous metals, glass, metallic alloys, in melting process, in petrochemical industry, in incinerators, in mineral processing, in power plants and many other applications. This paper presents the results of a large numerical simulations used to represent the thermomechanical behaviour of steel vessels. Different modelling techniques were used and the results detailed and discussed

O impacto dos megaeventos esportivos: caso Brasil 2014 e 2016

Grandes eventos esportivos são oportunidades únicas para diversos setores de qualquer país que os recebe. Com a realização, em um curto período de tempo, da Copa do Mundo de Futebol, em 2014, e dos Jogos Olímpicos, em 2016, o Brasil – que já é líder na América do Sul e um dos destinos emergentes no mundo na realização de eventos internacionais - ganha condições de atingir um novo patamar na sua promoção como destino turístico global, além de propiciar a chance de se desenvolver em setores-chave da economia. A escolha do Brasil como país-sede desses dois megaeventos abre grandes oportunidades para diversos setores da economia. Eles vão desencadear um complexo conjunto de planos de negócios referentes a investimentos e parcerias públicas e privadas. Toda a economia será afetada, mas os efeitos se diluem pela cadeia produtiva, atingindo em primeira estância os setores ligados diretamente ao turismo, hotelaria, construção civil, setores de informação, serviços prestados a empresas, e outros, e em segundo plano atingindo setores que se beneficiarão indiretamente da realização dessas competições. Embora faltem quatro e seis anos para a realização da Copa do Mundo e das Olimpíadas, respectivamente, já é possível notar investimentos e projetos em vários setores, principalmente no de infra-estrutura (estádios, aeroportos, hotéis, vias públicas), segurança, logística, melhoria dos serviços turísticos. O poder público e a iniciativa privada planejam aportes na casa de bilhões para investir em obras em diversas cidades brasileiras, que renderão milhares de empregos temporários e/ou permanentes, darão visibilidade internacional ao Brasil e ainda incrementará notavelmente o turismo no país, o que é comprovadamente uma fonte de receita essencial. Este trabalho visa fomentar e levantar reflexões sobre as mudanças significativas que ocorrerão no Brasil antes, durante, e depois da realização desses dois eventos esportivos, além de apresentar algumas oportunidades de crescimento para a economia e sociedade. Inúmeros projetos já estão caminhando e idéias amadurecendo, embora seja clara a necessidade de se agilizar processos para que o “B” do BRIC esteja apto a hospedar os eventos analisado

Desenvolvimento e aplicação do algoritmo de espectros de Lichtenberg em otimização de sistemas mecânicos

A Otimização é uma ferramenta imprescindível para minimizar ou maximizar funções, obtendo resultados ótimos sobre custos, massa, energia, ganhos, entre outros. Problemas reais podem ser multimodais, não lineares e descontínuos e podem não ser minimizados por métodos analíticos clássicos que dependem de gradiente. Neste contexto, existem algoritmos metaheurísticos inspirados em fenômenos da natureza para otimização de problemas reais. Não existe algorimo melhor ou pior, mas mais eficiente para determinado tipo de problema. Assim, um inédito algoritmo metaheurístico foi criado neste trabalho inspirado no fenômeno físico de relâmpagos intra-nuvem radiais e Figuras de Lichetenberg, explorando com sucesso o poder dos fractais e é diferente de muitos da literatura por ser um algoritmo híbrido composto por métodos de busca baseados em população e trajetória. O Algoritmo de Lichtenberg (LA) desenolvido foi testado por funções de teste, onde foi validado com sucesso. Foi aplicado no problema-projeto da viga soldada, onde encontrou resultados com excelentes valores de função objetivo ao comparar aos da literatura. Finalmente e sendo o maior fim, o LA foi acoplado ao Método de Elementos Finitos (MEF) para identificação de danos do tipo delaminação e foi comparado com outros algoritmos como o Algoritmo Genético (AG) e o SunFlower Optimization (SFO), tendo excelentes resultados. O LA se mostrou como ferramenta poderosa na identificação de danos, pois não errou a identificação do dano mesmo em situações muito ruidosas (10% de ruído) e com baixa severidade do dano (10% de redução de rigidez somente)

Polifonia de Vozes: o ‘multicultural planning’ como método de avaliação de políticas culturais produzidas no espaço urbano

O artigo se dedica à reflexão em torno da relação entre as políticas culturais, a esfera pública e seus desdobramentos territoriais, tendo como acento a discussão metodológica. O que o artigo propõe ressaltar é a possibilidade de que certos grupos e indivíduos sejam invisibilizados ou não tematizados pela aparência consensual das políticas culturais. Desta feita, tenta-se aqui traduzir um modelo metodológico de planejamento urbano para fins de diminuição do risco de atrofia de expressões culturais na cidade. Ao tematizar o universo cultural na teoria do planejamento, o Multicultural Planning rejeita a adoção dos modelos de racionalidade instrumental em favor de um modelo de reconhecimento de experiências que ressaltam diferentes leituras sobre a construção da realidade e das diversas possibilidades de organização de práticas coletivas de administração e planejamento urbano e cultural.