Calibração e identificação de danos em estruturas reticuladas por meio de suas frequências naturais e um algoritmo de otimização

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Fonseca, Rodrigo Vieira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil; Brasil; CEFET-MG
• Palavras-chave em Português: Método dos elementos finitos; Análise estrutural (Engenharia) - Calibração; Algoritmos; Otimização matemática; Falhas estruturais - Modelos matemáticos
• Link de acesso: https://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/269

A procura por simulações estruturais numéricas mais precisas tem crescido de forma acelerada, tendo em vista que as construções estão se tornando mais esbeltas e flexíveis. Neste cenário, softwares baseados na resolução de modelos matemáticos são cada vez mais utilizados. Estes softwares permitem a obtenção da resposta da estrutura frente uma grande variedade de ações, sendo softwares dos elementos finitos (MEF) os mais utilizados. Existe uma dificuldade em simular de forma correta alguns parâmetros estruturais, como as condições de contorno e características específicas dos materiais. Esses parâmetros geram diferenças de respostas entre o modelo numérico e a estrutura real. Para contornar essas dificuldades, existem métodos de calibração de modelos. Tais métodos consistem em alterar parâmetros estruturais, no modelo numérico, de forma iterativa. Estas alterações têm a finalidade de aproximar os parâmetros numéricos aos parâmetros da estrutura real, por meio da minimização de uma função penalidade, que converge de valores das respostas estruturais numéricas aos valores das respostas extraídas experimentalmente. Entretanto, quando o processo é feito manualmente, depende da experiência do engenheiro, além de demandar muito tempo, tornando o método inviável em alguns modelos. Neste contexto, este trabalho apresenta um software de otimização, complementar ao MEF, que realiza a calibração automática de modelos, por um procedimento simplificado, baseado nos métodos de algoritmos de otimização. Após o desenvolvimento, o software de otimização foi testado ao calibrar e identificar danos em modelos numéricos de duas vigas metálicas e ao calibrar um modelo numérico de uma torre metálica. Essas estruturas têm suas respostas modais conhecidas, que foram extraídas por ensaios experimentais. A calibração foi feita por meio de testes iterativos de amostras de parâmetros. Tais amostras foram geradas por uma técnica de amostragem de desenvolvimento próprio. Pela diferença entre as frequências naturais coletadas experimentalmente e as frequências naturais numéricas, foram obtidos valores de menor resíduo. Apesar deste procedimento apresentar elevado custo computacional, foi possível encontrar valores para os parâmetros desconhecidos, que geraram resíduos pequenos.