Sistema imunológico artificial aplicado no reconhecimento de falhas de uma placa de material compósito

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Almeida, Estevão Fuzaro de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Monitoramento da integridade estrutural; Sistema imunológico artificial; Algoritmo de seleção negativa; Materiais compósitos; Structural health monitoring; Artificial immune system; Negative selection algorithm; Composite materials
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/239823

A sociedade moderna depende fortemente de sistemas estruturais e mecânicos e, nesse contexto, o uso de materiais compósitos tem se expandido significativamente nas últimas décadas. Eles têm sido impulsionados pelas indústrias aeroespacial, automotiva, agrícola, de consumo e de energia renovável devido às suas propriedades superiores em relação aos materiais metálicos, como alta resistência e rigidez combinadas com baixa densidade e excelente resistência à corrosão. Apesar das propriedades enumeradas, os compósitos geralmente apresentam estruturas internas complexas e anisotrópicas que acabam por levar a vários tipos de danos, dificultando a identificação e previsão de potenciais falhas estruturais. Além disso, vários desses sistemas estão se aproximando do fim de sua disponibilidade de serviço e, considerando que a sua substituição é economicamente inviável, deseja-se continuar utilizando-os com segurança mesmo quando sua operação for estendida. Em todas essas situações apresentadas, o surgimento de danos deve ser detectado com antecedência, a fim de evitar falhas que possam ter impacto econômico significativo e colocar em risco a segurança da vida humana. Neste contexto, o Monitoramento da Integridade Estrutural (SHM) refere-se ao processo de detecção de danos às estruturas de engenharia. Um dos métodos propostos para SHM são os chamados Sistemas Imunológicos Artificiais (SIA), que simulam o sistema imunológico humano, e cujo princípio básico de funcionamento se baseia no processo de diferenciação das células endógenas para as células exógenas, tomando ações que visam a destruição dos possíveis invasores. O SIA é uma área de pesquisa que combina os campos da imunologia, ciência da computação e engenharia para resolver problemas computacionais complexos. Este trabalho visa, portanto, a implementação de uma abordagem SHM completa para detecção e localização de danos em uma placa de material compósito submetida a mudanças de temperatura e crescimento gradual de dano com base em dados de voltagem extraídos de transdutores PZT. Através de seis análises diferentes, realizando-se combinações entre tipos diferentes de leitura e processamento de sinais, alcançou-se uma metodologia otimizada para esta aplicação envolvendo tanto a análise dos sinais no domínio do tempo quanto no domínio da frequência via método de Welch que apresenta um F1-score igual a 1, 100% de acurácia e 100% de probabilidade de detecção de danos e que inclusive é capaz de localizar o caminho no qual o dano está inserido. Alcançou-se, assim, uma aplicação supervisionada que pode ser aplicada no monitoramento contínuo de estruturas de material compósito sofrendo variação de temperatura devido a sua velocidade de processamento média de 2 segundos e que possui alta capacidade de memória.