Otimização Meta-heurística Multiobjetivo Aplicada ao Método sem Malha Local

Tese (Doutorado)—Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, Faculdade de Tecnologia, 2021.Esta pesquisa trata da otimização meta-heurística multiobjetivo dos parâmetros de discretização do método sem malha local, para a solução de problemas bidimensionais da elasticidade linear e da mecânica da fratura linear elástica. Para uma discretização nodal, o método sem malha local usa um processo nó a nó para gerar o sistema global das equações de equilíbrio; no domínio local de cada nó, as respectivas equações de equilíbrio são geradas com uma integração numérica reduzida e usadas como base da formulação do método numérico. A aplicação do método numérico local, para cada nó da discretização, requer o uso de dois parâmetros arbitrários que especificam o tamanho do suporte compacto e do domínio local de integração, cujos valores dependem do modelo estudado. A determinação desses parâmetros deve ocorrer dentro de certos limites, encontrados na literatura, para que não causem singularidades na solução numérica. Ao encontro disso, a popularidade dos algoritmos meta-heurísticos pode ser atribuída às suas excelentes características, como: a habilidade de otimizar problemas não suaves, não convexos, multimodais e altamente não lineares; além de simplicidade, flexibilidade e eficiência. Tais vantagens os fazem versáteis para lidarem com uma grande gama de problemas de otimização. Aqui, uma nova abordagem, com algoritmos meta-heurísticos multiobjetivo (NSGA-II, NSGA-III, CMAES, MOEA/D, IBEA, Epsilon-MOEA, SPEA2, GDE3, OMOPSO e SMPSO), já consagrados na comunidade científica, será utilizada na otimização dos parâmetros arbitrários do método sem malha local aplicado na solução de problemas da elasticidade linear e da mecânica da fratura linear elástica. Onde, o desempenho de cada algoritmo utilizado será mensurado a partir das métricas de performance (hipervolume, distância geracional, distância geracional invertida, indicador ε+ e espaçamento) normalmente empregadas na avaliação dos algoritmos multiobjetivo. No final, um ranking de performance mostrará a adequação de cada algoritmo na otimização dos modelos/exemplos abordados. A influência da densidade nodal e do tipo (se regular ou randômica) da discretização do domínio, nos resultados da otimização dos modelos, também será avaliada.This research deals with multiobjective metaheuristic optimization of the discretization parameters of the local mesh free numerical method, to solve two-dimensional problems of linear elasticity and linear elastic fracture mechanics. For a nodal discretization, the local mesh free method uses a node-by-node process to generate the global system of equilibrium equations; in the local domain of each node, the respective equilibrium equations are generated with a reduced numerical integration and used as the formulation basis of the numerical method. The application of the local numerical method, for each node of discretization, requires the use of two arbitrary parameters that specify the size of the compact support and the local integration domain, whose values depend on the model studied. The determination of these parameters must occur within certain limits, found in the literature, such that they do not cause singularities in the numerical solution. In this context, the popularity of metaheuristic algorithms can be attributed to their excellent characteristics, such as: the ability to optimize non-smooth, non-convex, multimodal and highly non-linear problems; in addition to simplicity, flexibility and efficiency. These advantages make them versatile to deal with a wide range of optimization problems. Here, a new approach, with multiobjective metaheuristic algorithms (NSGA-II, NSGA-III, CMAES, MOEA/D, IBEA, Epsilon-MOEA, SPEA2, GDE3, OMOPSO e SMPSO), already well stablished in the scientific community, will be used in the optimization of the arbitrary parameters of the local mesh free numerical method applied to solve linear elasticity and linear elastic fracture mechanics problems. Where, the performance of each algorithm will be measured from the performance metrics (hypervolume, generational distance, inverted generational distance, ε+ indicator and spacing) normally used in the multiobjective algorithms evaluation. In the end, a performance ranking will show the suitability of each algorithm in optimizing the models/examples covered. The influence of nodal density and the type (whether regular or random) of the domain discretization, on the models optimization results, will be assessed too

UM ESTUDO COMPARATIVO ANALÍTICO-NUMÉRICO DO COMPORTAMENTO À FLEXÃO DE LAJES TIPO BUBBLEDECK

A laje tipo BubbleDeck é um sistema construtivo, proposto pelo engenheiro dinamarquês Jorgen Breuning, que se utiliza do princípio em que no interior das lajes surge uma zona onde o concreto pode ser desprezado, por ter função estrutural limitada. Nesta zona são adicionadas esferas (“bubbles”) plásticas vazias, adequadamente espaçadas, propiciando uma redução considerável do consumo de concreto, o que pode gerar uma diminuição em torno de 35% do peso próprio da laje. Essas lajes se comportam como lajes maciças homogêneas e são largamente aceitas e utilizadas em diversas partes do mundo, tais como, na Europa, Américas, Ásia, etc. No entanto, esse sistema de laje ainda gera muitas dúvidas quando do seu real comportamento e dimensionamento, principalmente pela complexidade do problema e das dificuldades em se calcular os esforços internos. Portanto, este trabalho se insere dentro de uma perspectiva de criação de processos de análise que permitam uma melhor compreensão do problema. Assim, foram implementadas em MATLAB a Teoria de Placas Finas, conhecida como hipóteses de Kirchhoff, definidas pelas hipóteses de Kirchhoff-Love para obtenção dos esforços internos. Para tanto, foi determinada a rigidez equivalente entre lajes bidirecionais tipo BubbleDeck e lajes sólidas

Analysis of fatigue growth, interaction and linkup of multiple cracks with dual boundary element method

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.Dano múltiplo e generalizado devido à fadiga tem sido um problema em aviões e na indústria da construção civil, há muito tempo. Componentes estruturais desenvolvem trincas em vários locais que crescem em percursos que são difíceis de prever. Quando duas trincas se aproximam, seus campos de tensão se influenciam mutuamente levando a um efeito de aumento ou blindagem que depende da posição e orientação das trincas. Uma vez que não existem métodos analíticos generalizados para prever campos de tensão na trinca, a simulação do crescimento de múltiplas trincas, e da coalescência (linkup) entre elas, são importantes e desafiadoras tarefas de uma área de pesquisa que ainda está se desenvolvendo. Este trabalho descreve uma aplicação bidimensional do Método dos Elementos de Contorno Dual (MECD) para a análise de modo misto do crescimento de múltiplas trincas na mecânica da fratura linear elástica, sob carregamento de fadiga. O processo de crescimento de trinca é simulado com uma análise de extensão incremental de múltiplas trincas baseada no critério da máxima tensão principal. Para cada incremento da análise, em que as extensões da trinca são modeladas com novos elementos de contorno, o MECD é aplicado para realizar uma análise de tensão de região única da estrutura trincada e a Integral J é utilizada para calcular os fatores de intensidade de tensão. A análise incremental é baseada na técnica de predição-correção que define, em cada incremento da análise, a direção e a extensão das múltiplas trincas, levando em conta assim a discretização da análise e garantindo que o requisito da unicidade do percurso seja satisfeito. Baseado no critério de plastificação do ligamento, que assume que quando as zonas plásticas de duas trincas adjacentes se tocam, o ligamento entre elas falha e as trincas coalescem, chapas com múltiplas trincas podem ser analisadas. A vida à fadiga e a resistência residual da estrutura são introduzidas como um procedimento de pós-processamento dos resultados do crescimento das múltiplas trincas. Resultados dessa análise incremental são apresentados para várias geometrias com danos generalizados, demonstrando a acurácia e eficiência das estratégias adotadas na análise.Multiple-site and widespread fatigue damage have been an issue to the aircraft and civil construction industry for a long period. Structural components develop cracks at several locations which grow with crack paths that are difficult to predict. When two cracks approach one to another, their stress fields influence each other leading to an enhancing or shielding effect which depends on the position and orientation of the cracks. Since there are no generalized analytical methods for predicting crack stress fields, simulation of multiple-crack growth, and the linkup between them, are important and challenging tasks of an research area that is still evolving. This work describes a two dimensional application of the dual boundary element method (DBEM) to the analysis of mixed-mode multiple-crack growth in linear elastic fracture mechanics, under fatigue loading. The crack-growth process is simulated with an incremental multiple-crack extension analysis based on the maximum principal stress criterion. For each increment of the analysis, in which crack extensions are modeled with new boundary elements, the DBEM is applied to perform a single-region stress analysis of the cracked structure and the J-integral is used to compute the stress intensity factors. The incremental analysis is based on a prediction-correction technique that defines, in each increment of the analysis, the direction and the extension of the multiple cracks, thus taking into account the discreteness of the analysis and ensuring that the requirement of the path uniqueness be satisfied. Based on the ligament yield criterion which assumes that when the plastic zones of two adjacent cracks touch each other, the ligament between them fails and the cracks coalesce, plates with multiple-site damage can be analyzed. The fatigue life and residual strength of the structure are introduced as a post-processing procedure on the results of the multiple-crack growth. Results of this incremental analysis are presented for several geometries with multiple-site damage, demonstrating the accuracy and efficiency of the strategies adopted in the analysis

Correction: Four new species of Pristimantis Jiménez de la Espada, 1870 (Anura: Craugastoridae) in the eastern Amazon.

[This corrects the article DOI: 10.1371/journal.pone.0229971.]

Four new species of Pristimantis Jiménez de la Espada, 1870 (Anura: Craugastoridae) in the eastern Amazon.

The Pristimantis genus (Anura: Craugastoridae) is the most diverse among all vertebrates with 531 described species. The highest diversity occurs in Ecuador (215 species), followed by Colombia (202), Peru (139), Venezuela (60), Brazil (30), Bolivia (17), Guyana (6) Suriname and French Guiana (5). The genus is divided into 11 species groups. Of these, the P. conspicillatus group (containing 34 species), distributed in extreme southeastern Costa Rica, Isla Taboga (Panama), northern South America (from Colombia to eastern Guyana), south Bolivia, and is the best represented in Brazil (16 species). The main characteristics of this group are the tympanic membrane and tympanic annulus distinct (except in P. johannesdei); dorsum smooth or shagreen; dorsal lateral fold present or absent; usually smooth belly, but may be weakly granular in some species; toe V slightly larger than the toe III. Most of the taxonomic inconsistencies in species of Pristimantis could be due to its much conserved morphology and the lack of comprehensive taxonomic evaluations. Thus, an ongoing challenge for taxonomists dealing with the Pristimantis genus is the ubiquitous abundance of cryptic species. In this context, accurate species delimitation should integrate evidences of morphological, molecular, bioacoustics and ecological data, among others. Based on an integrative taxonomy perspective, we utilize morphological, molecular (mtDNA) and bioacoustic evidence to describe four new species of the Pristimantis conspicillatus group from the eastern Amazon basin. Pristimantis giorgii sp. nov. is known from the Xingu/Tocantins interfluve and can be distinguished from the other Pristimantis species of the region by presenting discoidal fold, dorsolateral fold absent, vocalization composed of three to four notes and genetic distance of 7.7% (16S) and 14.8% (COI) from P. latro, the sister and sympatric species with respect P. giorgii sp. nov.. Pristimantis pictus sp. nov. is known to the northern Mato Grosso state, Brazil, and can be distinguished from the other species of Pristimantis by presenting the posterior surface of the thigh with light yellow patches on a brown background, also extending to the inguinal region, vocalization consisting of four to five notes and a genetic distance of 11.6% (16S) and 19.7% (COI) from P. pluvian sp. nov., which occurs in sympatry. Pristimantis pluvian sp. nov. is known to the northern Mato Grosso state, Brazil, and may be distinguished from the other Pristimantis species by having a posterior surface of the thigh reddish and vocalization composed of two notes. Pristimantis moa sp. nov. is known to the northern Tocantins state and southwestern Maranhão state. This species can be distinguished from the other Pristimantis species by possessing slightly perceptible canthal stripe, external thigh surface with dark yellow spots on brown background, vocalization consisting of three to five notes and genetic distance of 2.3-11.7 (16S) and 10.5-23.1 (COI) for the new Pristimantis species of this study