Inverse reconstruction problem of structural faults

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Silva, Andressa Alves Machado da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Laboratório Nacional de Computação Científica
Coordenação de Pós-Graduação e Aperfeiçoamento (COPGA)
Brasil
LNCC
Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://tede.lncc.br/handle/tede/391
Resumo: This thesis deals with inverse reconstruction problem of structural faults. The faults identification process in its initial stage is essential in many physical and engineering problems and has significant contributions reported in the literature. In particular, we consider damage identification in plate structures and reconstruction of micro-cracks in plates as well as three-dimensional elastic bodies. The related forward problems are governed by the elastodynamic models in the frequency domain. We start by considering damage identification problem in Kirchhoff and Reissner-Mindlin plate structures. The damage is given by a variation in the thickness in a small region of the plate, which is assumed to be given by a piecewise constant function. More precisely, we want to find a set of distributed damages from pointwise domain measurements of the plate displacement field. A shape functional measuring the misfit between the available data (measurements) and the displacements computed from the model is minimized with respect to the geometrical support of the unknown damage distribution by using the topological derivative method. Next, we consider the spatial reconstruction and characterization of micro-seismic events via joint source location and moment tensor inversion into three-spatial dimensions. Seismic events representing micro-cracks are described by a combination of dipoles specified in terms of seismic moment tensor. The basic idea consists in minimizing a functional measuring the misfit between observed and predicted data with respect to the set of admissible solutions, leading to a non-iterative second-order reconstruction algorithm. At last, a new micro-seismic opening model for the fault reconstruction in plates is proposed. The model problem into three spatial dimensions is particularized by taking into account the kinematic assumptions associated with the Reissner-Mindlin plate bending model. Therefore, we are interested in the delamination process represented by a micro-fault lying in the middle plane of a plate structure, orthogonal to its cross-section. In this way, the micro-cracks are completely characterized by their locations and strengths, leading to a simplified model in comparison with its three-dimensional counterpart. Finally, for each problem we are dealing with, a set of numerical experiments is presented, showing different features of the proposed approaches.
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More precisely, we want to find a set of distributed damages from pointwise domain measurements of the plate displacement field. A shape functional measuring the misfit between the available data (measurements) and the displacements computed from the model is minimized with respect to the geometrical support of the unknown damage distribution by using the topological derivative method. Next, we consider the spatial reconstruction and characterization of micro-seismic events via joint source location and moment tensor inversion into three-spatial dimensions. Seismic events representing micro-cracks are described by a combination of dipoles specified in terms of seismic moment tensor. The basic idea consists in minimizing a functional measuring the misfit between observed and predicted data with respect to the set of admissible solutions, leading to a non-iterative second-order reconstruction algorithm. At last, a new micro-seismic opening model for the fault reconstruction in plates is proposed. The model problem into three spatial dimensions is particularized by taking into account the kinematic assumptions associated with the Reissner-Mindlin plate bending model. Therefore, we are interested in the delamination process represented by a micro-fault lying in the middle plane of a plate structure, orthogonal to its cross-section. In this way, the micro-cracks are completely characterized by their locations and strengths, leading to a simplified model in comparison with its three-dimensional counterpart. Finally, for each problem we are dealing with, a set of numerical experiments is presented, showing different features of the proposed approaches.A presente tese aborda o problema de reconstrução inversa de falhas estruturais. O processo de identificação de falhas em sua fase inicial tem sido essencial em muitos problemas físicos e de engenharia e possui contribuições significativas relatadas na literatura. Em particular, considera-se a identificação de danos em estruturas de placas e reconstrução de micro-falhas em placas, bem como sólidos elásticos tridimensionais. Os problemas diretos são governados pelos modelos elastodinâmicos no domínio da frequência. O trabalho inicia-se considerando o problema de identificação de danos em placas de Kirchhoff e Reissner-Mindlin. O dano é representado por uma variação na espessura em uma pequena região da placa, que é dada por uma função constante por partes. Mais precisamente, objetiva-se encontrar o conjunto de danos a partir de medições pontuais do campo de deslocamento tomadas no domínio da placa. Um funcional de forma que mede o desajuste entre os dados disponíveis (medidos) e os deslocamentos calculados a partir do modelo é minimizado em relação ao suporte geométrico da distribuição de dano desconhecida usando o método da derivada topológica. Em seguida, considera-se a reconstrução espacial e caracterização de eventos microssísmicos via localização de fontes conjuntas e inversão do tensor momento em três dimensões espaciais. Eventos sísmicos representando micro-falhas são descritos por uma combinação de dipolos especificados em termos de tensor de momento sísmico. A ideia básica consiste em minimizar um funcional que mede o desajuste entre os dados observados e os previstos em relação ao conjunto de soluções admissíveis, levando a um algoritmo de reconstrução de segunda ordem não iterativo. Por fim, é proposto um novo modelo de abertura microssísmica para reconstrução de falhas em placas. O modelo em três dimensões espaciais é particularizado levando-se em conta a teoria cinemática associada ao modelo de flexão de placas de Reissner-Mindlin. Portanto, tem-se interesse no processo de delaminação representado por uma micro-falha situada no plano médio da placa, ortogonal à sua seção transversal. Desta forma, as micro-falhas são completamente caracterizadas, por suas localizações e resistência intrínseca, conduzindo a um modelo simplificado em comparação com o correspondente tridimensional. Finalmente, para cada problema analisado, um conjunto de experimentos numéricos é apresentado, mostrando diferentes características das abordagens propostas.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoLaboratório Nacional de Computação CientíficaCoordenação de Pós-Graduação e Aperfeiçoamento (COPGA)BrasilLNCCPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalNovotny, Antonio AndréAmad, Alan Alves SantanaNovotny, Antonio AndréMurad, Marcio ArabColaço, Marcelo JoséDuda, Fernando PereiraSilva, Andressa Alves Machado da2024-04-25T16:22:23Z2024-03-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSILVA, A. A. M. Inverse reconstruction problem of structural faults, 2024. 107 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional) - Laboratório Nacional de Computação Científica, Petrópolis, 2024.https://tede.lncc.br/handle/tede/391engproblema de reconstrução transversal de falhas estruturais © 2024 por Andressa Alves Machado da Silva é licenciada sob Creative Commons Atribuição-NãoComercial-NãoDerivativos 4.0 Internacionalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCCinstname:Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)instacron:LNCC2025-01-15T17:44:36Zoai:tede-server.lncc.br:tede/391Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede.lncc.br/PUBhttps://tede.lncc.br/oai/requestlibrary@lncc.br||library@lncc.bropendoar:2025-01-15T17:44:36Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC - Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)false
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