Development of a multi-objective optimization algorithm based on lichtenberg figures - PEREIRA, João Luiz Junho (2022)
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.