Calibração e identificação de danos em estruturas reticuladas por meio de suas frequências naturais e um algoritmo de otimização
Data
2020-12-15
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Editor
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
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 especificas 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 tem 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 tem 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.
Descrição
Palavras-chave
Método dos elementos finitos, Análise estrutural (Engenharia) - Calibração, Algoritmos, Otimização matemática, Falhas estruturais - Modelos matemáticos