Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Novais, Henrique Cordeiro [UNESP]
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
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://hdl.handle.net/11449/259219
Resumo: Computational modeling plays a crucial role in applied science and engineering, offering valuable insights into the behavior of structures and mechanical systems. However, the complexity and significant execution time required for these models can limit their applicability in real-world scenarios. To mitigate these challenges, metamodeling, or surrogate modeling, provides a practical solution by substituting the complex model with a simplified function that mimics its behavior, thereby substantially reducing evaluation time. One widely applied method is Gaussian Process Regression (GPR), also known as Kriging, which has proven effective in various structural health monitoring applications. However, achieving accurate predictions for damage-sensitive variables often requires extensive historical data or well-calibrated structural models, which can be costly. Thus, this dissertation proposes applying the co-Kriging method, a multivariate extension of ordinary Kriging that leverages the covariance between two or more related datasets, making it particularly advantageous when the co-variable is more economical to measure than the target variable. This work presents two distinct applications: the first focuses on a concrete bridge, using natural frequencies under different temperature conditions to develop the co-Kriging model; the second application pertains to composite structures, where simulated Lamb wave data is combined with experimental tests to detect and quantify delamination in laminates. In both applications, the co-Kriging method showcased its reliability and superiority over Kriging, offering an efficient means of enhancing prediction accuracy while minimizing data acquisition costs.
id UNSP_17595c2f166d3cccde61fb4cfada729f
oai_identifier_str oai:repositorio.unesp.br:11449/259219
network_acronym_str UNSP
network_name_str Repositório Institucional da UNESP
repository_id_str
spelling Co-Kriging modeling for structural health monitoring applicationsModelagem de Co-Kriging para aplicações em monitoramento de integridade estruturalCo-KrigingGaussian process regressionStructural health monitoringComposite laminatesDamage quantificationRegressão por processo gaussianoMonitoramento de integridade estruturalCompósitos laminadosQuantificação de danosComputational modeling plays a crucial role in applied science and engineering, offering valuable insights into the behavior of structures and mechanical systems. However, the complexity and significant execution time required for these models can limit their applicability in real-world scenarios. To mitigate these challenges, metamodeling, or surrogate modeling, provides a practical solution by substituting the complex model with a simplified function that mimics its behavior, thereby substantially reducing evaluation time. One widely applied method is Gaussian Process Regression (GPR), also known as Kriging, which has proven effective in various structural health monitoring applications. However, achieving accurate predictions for damage-sensitive variables often requires extensive historical data or well-calibrated structural models, which can be costly. Thus, this dissertation proposes applying the co-Kriging method, a multivariate extension of ordinary Kriging that leverages the covariance between two or more related datasets, making it particularly advantageous when the co-variable is more economical to measure than the target variable. This work presents two distinct applications: the first focuses on a concrete bridge, using natural frequencies under different temperature conditions to develop the co-Kriging model; the second application pertains to composite structures, where simulated Lamb wave data is combined with experimental tests to detect and quantify delamination in laminates. In both applications, the co-Kriging method showcased its reliability and superiority over Kriging, offering an efficient means of enhancing prediction accuracy while minimizing data acquisition costs.A modelagem computacional desempenha um papel crucial nas áreas de ciência aplicada e engenharia, proporcionando conhecimentos valiosos sobre o comportamento de estruturas e sistemas mecânicos. No entanto, a complexidade e o tempo significativo necessários para a execução desses modelos podem limitar sua aplicabilidade em cenários reais. Para mitigar esses desafios, a metamodelagem, ou modelagem substitutiva, oferece uma solução prática ao substituir o modelo complexo por uma função simplificada que imita seu comportamento, reduzindo substancialmente o tempo de avaliação. Um dos métodos amplamente aplicados é a Regressão po Processo Gaussiano (\textit{Gaussian Process Regression} - GPR), também conhecida como Kriging, que se mostra eficaz em diversas aplicações de monitoramento de integridade estrutural. Entretanto, obter predições precisas para variáveis sensíveis a danos frequentemente requer uma grande quantidade de dados históricos ou modelos estruturais bem calibrados, o que pode ser oneroso. Assim, esta dissertação propõe a aplicação do método de co-Kriging, uma extensão multivariada do Kriging ordinário que aproveita a covariância entre dois ou mais conjuntos de dados relacionados, sendo especialmente vantajoso quando a co-variável é mais econômica de medir do que a variável-alvo. Este trabalho apresenta duas aplicações distintas: a primeira enfoca uma ponte de concreto, utilizando frequências naturais sob diferentes condições térmicas para desenvolver o modelo de co-Kriging; a segunda aplicação refere-se a estruturas em material compósito, onde dados simulados de ondas Lamb são combinados com testes experimentais para detectar e quantificar a delaminação em laminados. Em ambas as aplicações, o método de co-Kriging evidenciou sua confiabilidade e superioridade em comparação ao Kriging, oferecendo um meio eficiente de melhorar a precisão das predições ao mesmo tempo em que minimiza os custos de aquisição de dados.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPESP: 2022/12575-7Universidade Estadual Paulista (Unesp)Silva, Samuel da [UNESP]Universidade Estadual Paulista (Unesp)Novais, Henrique Cordeiro [UNESP]2024-12-18T13:18:11Z2024-12-18T13:18:11Z2024-11-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfNOVAIS, Henrique Cordeiro. Co-kriging modeling for structural health monitoring applications. 2024. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - Unesp, Ilha Solteira, 2024.https://hdl.handle.net/11449/25921933004099082P2enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNESPinstname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)instacron:UNESP2024-12-18T15:12:12Zoai:repositorio.unesp.br:11449/259219Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.unesp.br/oai/requestrepositoriounesp@unesp.bropendoar:29462024-12-18T15:12:12Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)false
dc.title.none.fl_str_mv Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
Modelagem de Co-Kriging para aplicações em monitoramento de integridade estrutural
title Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
spellingShingle Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
Novais, Henrique Cordeiro [UNESP]
Co-Kriging
Gaussian process regression
Structural health monitoring
Composite laminates
Damage quantification
Regressão por processo gaussiano
Monitoramento de integridade estrutural
Compósitos laminados
Quantificação de danos
title_short Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
title_full Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
title_fullStr Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
title_full_unstemmed Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
title_sort Co-Kriging modeling for structural health monitoring applications
author Novais, Henrique Cordeiro [UNESP]
author_facet Novais, Henrique Cordeiro [UNESP]
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Silva, Samuel da [UNESP]
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.contributor.author.fl_str_mv Novais, Henrique Cordeiro [UNESP]
dc.subject.por.fl_str_mv Co-Kriging
Gaussian process regression
Structural health monitoring
Composite laminates
Damage quantification
Regressão por processo gaussiano
Monitoramento de integridade estrutural
Compósitos laminados
Quantificação de danos
topic Co-Kriging
Gaussian process regression
Structural health monitoring
Composite laminates
Damage quantification
Regressão por processo gaussiano
Monitoramento de integridade estrutural
Compósitos laminados
Quantificação de danos
description Computational modeling plays a crucial role in applied science and engineering, offering valuable insights into the behavior of structures and mechanical systems. However, the complexity and significant execution time required for these models can limit their applicability in real-world scenarios. To mitigate these challenges, metamodeling, or surrogate modeling, provides a practical solution by substituting the complex model with a simplified function that mimics its behavior, thereby substantially reducing evaluation time. One widely applied method is Gaussian Process Regression (GPR), also known as Kriging, which has proven effective in various structural health monitoring applications. However, achieving accurate predictions for damage-sensitive variables often requires extensive historical data or well-calibrated structural models, which can be costly. Thus, this dissertation proposes applying the co-Kriging method, a multivariate extension of ordinary Kriging that leverages the covariance between two or more related datasets, making it particularly advantageous when the co-variable is more economical to measure than the target variable. This work presents two distinct applications: the first focuses on a concrete bridge, using natural frequencies under different temperature conditions to develop the co-Kriging model; the second application pertains to composite structures, where simulated Lamb wave data is combined with experimental tests to detect and quantify delamination in laminates. In both applications, the co-Kriging method showcased its reliability and superiority over Kriging, offering an efficient means of enhancing prediction accuracy while minimizing data acquisition costs.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-12-18T13:18:11Z
2024-12-18T13:18:11Z
2024-11-25
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv NOVAIS, Henrique Cordeiro. Co-kriging modeling for structural health monitoring applications. 2024. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - Unesp, Ilha Solteira, 2024.
https://hdl.handle.net/11449/259219
33004099082P2
identifier_str_mv NOVAIS, Henrique Cordeiro. Co-kriging modeling for structural health monitoring applications. 2024. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - Unesp, Ilha Solteira, 2024.
33004099082P2
url https://hdl.handle.net/11449/259219
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UNESP
instname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron:UNESP
instname_str Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron_str UNESP
institution UNESP
reponame_str Repositório Institucional da UNESP
collection Repositório Institucional da UNESP
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)
repository.mail.fl_str_mv repositoriounesp@unesp.br
_version_ 1854954726798393344