O uso de perfis de aço formados a frio tem como objetivo a obtenção de estruturas leves. O emprego de chapas de pequena espessura na fabricação desses perfis implica facilidade de obtenção de seções de diferentes geometrias, encorajando a otimização. Porém, isso resulta, muitas vezes, numa grande esbeltez dos elementos que compõem a seção, o que os torna suscetíveis ao fenômeno da flambagem local quando submetidos a esforços de compressão. No contexto dos perfis de aço formados a frio, esse trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento estrutural de telhas de aço formadas a frio de perfil trapezoidal, analisando-se vários aspectos, entre eles métodos de determinação de carga crítica de flambagem elástica e de carga de colapso, influência das condições de contorno na performance estrutural e a otimização da forma da seção transversal. A carga crítica e a carga de colapso de telhas trapezoidais de perfil comercial, com diferentes condições de vinculação das bordas longitudinais, foram obtidas experimentalmente e comparadas com resultados teóricos. Para a determinação da carga crítica teórica, foram utilizados modelos de elementos finitos e de faixas finitas e, para a obtenção da carga de colapso teórica, foram empregados o Método da Resistência Direta e o procedimento da Norma Brasileira NBR 14762:2001. A otimização de forma da seção transversal das telhas foi realizada utilizando-se Algoritmos Genéticos. Foram propostas diferentes funções objetivo, relacionadas com a minimização da flecha no meio do vão, a maximização da carga crítica de flambagem elástica e a maximização da área de cobertura. Em relação a todos os aspectos citados, os resultados obtidos pelos diversos métodos de análise foram discutidos, com as limitações de cada um devidamente destacadas. As principais conclusões tiradas ao longo desse estudo estão apresentadas no final do trabalho. / The cold-formed steel members application aims at the obtaining of light gauge structures. The use of thin sheets in these members fabrication implies the facility of obtaining different cross sections, encouraging the optimization. However, several times, it results in slender section elements. These elements, when submitted to compressive stresses, have a high tendency to undergo the local buckling phenomenon. The main aim of this work is to research the structural behavior of cold-formed trapezoidal steel roofing sheets, investigating different aspects: critical elastic buckling load and collapse load evaluation methods, boundary conditions influence on the structural performance and cross section optimization. The critical buckling load and the collapse load of trapezoidal sheets with a commercialshaped cross section, with different boundary conditions of the longitudinal edges, were experimentally determined and compared with theoretical results. In order to evaluate the theoretical critical buckling load, finite element and finite strip models were used. For the collapse load determination, the Direct Strength Method and the design specification from the Brazilian Code NBR 14762:2001 were employed. The cross section optimization of the trapezoidal sheets was carried out using Genetic Algorithms. Different fitness functions were proposed, being related to the midspan deflection minimization, the critical elastic buckling load maximization and the covering area maximization. Considering all the mentioned points, the results obtained by the different analysis methods were discussed, and the limitations of each one were appropriately highlighted. The main conclusions obtained along this study are presented at the end of the work.

A utilização de perfis de aço formados a frio tem grande aplicação na atualidade, ora sendo empregados na construção civil convencional (prédios residenciais e industriais) ora em estruturas mecânicas, tais como estruturas de veículos (caminhões, ônibus, vagões, etc.). As atuais exigências econômicas fazem com que estes perfis tenham, cada vez mais, alto desempenho estrutural. Neste sentido propõe-se, na presente tese, explorar as possibilidades de otimização paramétrica da seção transversal de perfis U com e sem enrijecedores de borda formados a frio quando submetidos à compressão. As ferramentas utilizadas para cumprir tal objetivo são o Método das Faixas Finitas Restringidas (MFFr) para análise da estabilidade elástica e o Método da Resistência Direta (MRD) para determinação da resistência do perfil como uma alternativa ao Método das Larguras Efetivas. O MFFr é aqui utilizado por ser capaz de realizar a decomposição e a identificação modal. Incorpora-se a esta forma de análise uma metodologia de otimização baseada em algoritmos genéticos que se fundamenta no processo de seleção natural proposto por Charles Darwin. Exemplos considerando esta forma de trabalho mostram os ganhos que poderiam ser obtidos. Para verificar os resultados obtidos na otimização, um modelo em elementos finitos considerando a não-linearidade física e geométrica foi utilizado, o qual foi calibrado com resultados experimentais encontrados na literatura. Conclusões sobre a potencialidade da metodologia utilizada são finalmente apresentadas. / The use of cold-formed steel members has great application at the present time, such as in standard civil buildings (residential and industrial buildings) and in mechanical structures (structures of vehicles as trucks, bus, wagons, etc.). A high structural performance for profiles is a required economic demand in present days. In this sense, the present theory intends to explore the possibilities of parametric optimization of cold-formed steel channel and lipped channel members when submitted to compression. The tools used to accomplish such objective are the method of the Constrained Finite Strip method (cFSM) for analysis of the elastic stability and the Direct Strenght Method (DSM) for determination of the resistance of the profile as an alternative to the Effective Width Method. The constrained finite strip method (cFSM) is used because it is capable to accomplish the modal decomposition and identification. An optimization methodology based in genetic algorithms that is based in the process of natural selection proposed by Charles Darwin is incorporated in this form of analysis. Examples considering this methodology show the improvement that could be obtained. To verify the results obtained in the optimization, a model in finite elements considering the non-linearities, material and geometric, was used, which was calibrated with experimental results found in the literature. Conclusions about the potentiality of the used methodology are finally presented.

A cada ano que passa cresce a preocupação quanto à segurança de passageiros em veículos, isso pode ser concluído analisando a crescente exigência através de normas que determinam a resistência estrutural mínima de veículos frente a diferentes carregamentos extremos. Por outro lado, um mercado automobilístico cada vez mais competitivo exige projetos mais leves, econômicos e baratos. A preocupação ambiental também está em evidência. Com essa diversidade de objetivos, muitas vezes contraditórios, que o engenheiro deve levar em consideração ao projetar um veículo, tornou-se árdua tarefa relacionar todos esses conceitos de maneira harmoniosa. Neste contexto, se apresenta nesse trabalho uma proposta de metodologia para a otimização estrutural, utilizando Algoritmo Genético, de um ônibus sob condições de tombamento. O modelo simplificado de elementos finitos do ônibus é construído com elementos de viga e, nos locais com grande deformação plástica localizada, são acrescentadas rótulas plásticas à estrutura. Para caracterizar as rótulas plásticas são utilizados métodos experimentais e numéricos. Desse modelo numérico do ônibus sob tombamento são extraídos parâmetros que compõe as diferentes funções objetivo propostas e, assim, diversos projetos otimizados são analisados, visando encontrar o melhor projeto para cada estudo realizado. Por fim, conclui-se que a metodologia de otimização proposta representa uma ferramenta muito útil e pode ser empregada durante o desenvolvimento de projetos, agilizando o processo e facilitando a tomada de decisões importantes. / The concern about vehicle passengers’ safety increases along the years, this can be concluded analyzing the constant evolution of requirements through standards, defining minimum structural rigidity of vehicles under different extreme loads. Otherwise, highly competitive automotive market demands lighter, economic and cheaper projects. The ambient concern is also in evidence. This diversity of objectives, many times contradictory, that an engineer must handle during a vehicle development, became an arduous task to relate all these concepts in a harmonious way. In this context, is presented in this paper a proposal of methodology for a structural optimization, applying Genetic Algorithm, of a bus rollover. The simplified finite elements model of the bus is constructed with beam elements and, in places with localized large plastic deformation, plastic hinges are added to the structure. Experimental and numerical methods are used to determine the plastic hinge properties. With this numerical model of the bus rollover, parameters are extracted to compose the different proposals of objective functions and, thus, diverse optimized projects are analyzed, aiming to find the optimum project for each study. Finally, is concluded that the optimization methodology proposal represents a useful tool and can be applied during projects’ development, shortening the process and helping on important decisions.

O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma formulação para a otimização estrutural de treliças planas e espaciais submetidas a restrições de tensão e deslocamento, combinando técnicas que consideram o espaço de busca contínuo e discreto. É implementado um algoritmo cuja finalidade é incorporar a simplicidade, eficiência e velocidade dos métodos determinísticos com a capacidade de produzir resultados mais realísticos dos métodos estocásticos. O programa desenvolvido possui módulos de elementos finitos, análise de sensibilidade e otimização. Os problemas são resolvidos em duas etapas: A primeira etapa é baseada em Programação Linear Seqüencial (PLS). Este método de programação matemática necessita que a função objetivo e as restrições sejam sucessivamente linearizadas por expansão em séries de Taylor e a análise de sensibilidade é resolvida utilizando o método analítico. A segunda etapa usa Algoritmos Genéticos (AG) e emprega o método das funções penalizadas, no qual o problema restrito é transformado em irrestrito, associando uma penalidade às restrições violadas. Os resultados encontrados na primeira etapa são utilizados para melhorar a convergência da segunda etapa. Para ilustrar o desempenho do algoritmo proposto são apresentados exemplos numéricos de problemas clássicos comparando-os com outros métodos encontrados na literatura. / The present work has as objective the presentation a formulation for structural optimization of plane or space truss with local stress and displacement constraints, combining techniques that consider the search space continuous and discrete. An algorithm was implemented with the purpose to incorporate the simplicity, efficiency and rapidity of the deterministic methods with the ability to produce more realistic results of stochastic methods. The software developed has modules for finite element, sensitivity analysis and optimization. Problems are solved in two steps: The first is based on Sequential Linear Programming (SLP). This method of mathematical programming requires that the objective function and constraints are successively linearized applying a Taylor series expansion and sensitivity analysis is solved using the analytical method. The second step uses genetic algorithms (GA) and Penalty function methods for transform the constrained problem into an unconstrained problem, associating a penalty if a constraint is violated. The results in the first stage are used to improve the convergence of the second stage. Numerical examples are presented to illustrate the performance of the proposed algorithm comparing with other methods found in literature.

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Orientador : Prof. Drª. Thelma Solange Piazza Fernandes / Coorientador : Prof. Dr. Marcelo Bessa / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 18/03/2016 / Inclui referências : f. 111-114 / Área de concentração: Sistemas energia / Resumo: O uso da fonte de geração de energia eólica tem sido incentivado pelos agentes dosetor elétrico e se disseminando no Brasil, pois os grandes potenciais hidrelétricos estãodiminuindo levando à diversificação da matriz energética, através da formação de umconjunto diversificado de geração com forte predominância hidrelétrica, térmicas e renováveiscomo eólica, solar, biomassa e etc. Assim, é preciso incorporar nos estudos de planejamentoda operação hidrotérmica também o planejamento da operação de fonte de geração eólica afim de bem utilizar as vantagens de cada tipo de geração. Tendo em vista esta tendência, estetrabalho objetiva analisar a influência de se incorporar a geração eólica, levando emconsideração sua sazonalidade, a um problema de despacho de energia elétrica via AlgoritmosGenéticos onde as restrições elétricas são incluídas através de um Fluxo de Potência Ótimolinear que é resolvido mês a mês ao longo do período de 1 ano de planejamento. O métodoproposto foi testado em um sistema de 34 barras. Foram propostas diversas formas parainserir a geração eólica ao longo de patamares de carga. A representação que modela períodosde carga pesada, média e leve com ou sem geração eólica, operando a plena carga, é arepresentação que se mostrou mais adequada para esse sistema teste, pois é a que identificoulinhas de transmissão com capacidade de transmissão máxima atingidas, mostrou também overtimento de unidades hidráulicos sendo influenciados pela inserção da geração de fonteeólica, sendo portanto, a mais representativa.Palavras-chave: Planejamento da operação. Despacho eólio hidrotérmico.Algoritmos Genéticos. / Abstract: The use of wind power generation source has been encouraged by the agents of the electricity sector and is spreading in Brazil, as the great hydroelectric potential is decreasing leading to the diversification of energy sources, creating a diverse set of generation with strong hydroelectric presence, thermal and renewable predominance such as wind, solar, biomass, etc. Thus, it is necessary to incorporate the studies of hydrothermal operational plan to the wind power source operational plan, in order to take advantage of each type of generation. Aiming to contribute to this field, this paper seeks to analyze the influence of incorporating wind generation, taking into account its seasonality, to a dispatch problem of electricity via Genetic Algorithms where electrical restrictions are included through an linear Optimal Power Flow that it is solved by month over the period of 1 year plan. The proposed method was tested on a 34-bar system. It was proposed several ways to introduce the wind power over load steps. The heavy, medium and light load representation of periods are modeled, with or without wind power, and operating at full capacity; this representation was more appropriate for this test system. This was the only representation that identified transmission lines with maximum transmission capacity and also showed spillage of hydraulic units being influenced by insertion of wind power generation, and thus being the most representative model. Keywords: Operation Power Planning. Hydro thermal wind dispatch. Genetic Algorithm.

Orientador : Fabiano Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa: Curitiba, 16/08/2017 / Inclui referências : p. 75-76 / Resumo: O planejamento do despacho hidrelétrico é uma questão que não só afeta o Brasil financeira e ambientalmente, como também é um grande problema computacional ainda não resolvido de forma eficiente. Esse planejamento constitui-se das ações operacionais que devem ser executadas mensalmente por cada usina hidrelétrica por um longo período, e o objetivo é atender a demanda de energia elétrica e tentar manter os reservatórios de água das usinas cheios, de forma a reduzir o uso de outras fontes mais caras e poluentes. Essa questão é classificada como um problema de otimização não-linear com restrições de larga escala. Neste trabalho foi desenvolvido um otimizador para o problema de despacho hidrelétrico, com base num simulador de despacho hidrelétrico e técnicas clássicas de busca local. Os objetivos são: encontrar planos melhores que o inicial num curto espaço de tempo e avaliar como a aplicação de pesos e penalidades às variáveis avaliadas pela função fitness ameniza o problema de objetivos conflitantes. Concluíu-se que o método de otimização proposto foi capaz de encontrar planos significativamente melhores em todos os testes realizados num breve período de tempo. Também foi observado que a aplicação de pesos e penalidades às variáveis avaliadas pela função fitness restringiu a redução da quantidade de energia elétrica gerada pelas usinas pelos planos encontrados em prol da elevação dos níveis dos reservartórios de água. Os planos encontrados por este otimizador local podem ser usado como bons pontos iniciais para algoritmos de busca mais refinados. Palavras-chave: algoritmos de busca local, monte carlo, despacho hidrelétrico. / Abstract: The planning of hydroelectric dispatch is a matter that does not only affects Brazil financially and environmentally, but it is also a big computational problem that is not efficiently solved yet. This planning is composed by the operational actions that must be executed monthly by each hydroelectric power plant for a long period, and the objective is to meet the demand for electric power and to maintain the water reservoirs of the hydroelectric power plants filled, in order to reduce the usage of more expensive and poluent power sources. This question is classified as a large scale nonlinear optimization problem with restrictions. In this study was developed an optimizer for the problem of hydroelectric power plants planning, based on a simulator of hydroelectric power plant and classic local search techniques. The objctives are: to find better plans than the initial one in a short period of time and to evaluate how the application of weights and penalties to variables evaluated by fitness function alleviates the problem of conflicting objectives. It was concluded that the proposed optimization method was able to find significantly better plans in all tests performed in a short period of time. It was also observed that the application of weights and penalties to the variables evaluated by fitness function restricted the reduction of the amount of electric power generated by the plants with the plans found in favor of raising the levels of water reservoirs. The plans found by this local optimizer can be used as good starting points for more refined search algorithms. Keywords: local search algorithms, monte carlo, hydroelectric dispatch.

Resumo: A PG (Programação Genetica) e aplicada com sucesso em Classicação. Entretanto, a pesquisa voltada a aplicação de PG para OCC (One-Class Classication) encontra-se em estagios iniciais, pois os poucos trabalhos relacionados existentes estão repletos de mudancas que não foram individualmente avaliadas e cujos propositos estão em resolver problemas provenientes do metodo de geracão de anomalias empregado e tambem na redução do tempo computacional da etapa de treino. Nesse contexto, e notavel que para tornar a PG em algoritmo de excelência para OCC o primeiro passo e avaliar sua abordagem convencional para o problema, algo que ainda no foi realizado, e objetivo central do presente trabalho, pois a introdução de novas ideias somente se justica ao se conhecer as limitações e os resultados obtidos pelo algoritmo convencional. Contudo, a aplicação de PG para OCC requer que o problema seja transformado em classicação binaria, cujas duas classes que compõem o conjunto de dados de treino são compostas por exemplos de perl normal e anormal. Porem, em diversos problemas de OCC e impraticavel obter exemplos anormais, por isto neste trabalho enfatiza-se a avaliacão de algoritmos para gerar exemplos anormais, algo que tambem ainda não foi realizado para PG. Entre os algoritmos de geração de anomalia estudados, selecionou-se o metodo pro- posto por Banhalmi et al. [6] que baseia-se em exemplos mais distantes da classe normal, o algoritmo baseado no conceito de hiperesfera proposto por Tax e Duin [38] e a tecnica RNS (Real-valued Negative Selection) inspirada em sistemas imunologicos proposta por Gonzales et al. [19] [20]. Um estudo comparativo entre eles foi realizado, para avaliar o desempenho de classicação obtido por um classicador induzido por PG convencio- nal sob uma abordagem de classicacão binaria. Vericou-se que o metodo proposto por Banhalmi et al. possibilitou a obtencão dos melhores resultados. O algoritmo de geracão de anomalias com melhor avaliacão foi empregado aos demais experimentos do presente trabalho, entre eles, um estudo comparativo entre a PG pro- posta no presente trabalho e as abordagens da literatura para OCC. Nesse experimento, vericou-se que a PG proposta neste trabalho obteve melhores resultados de classicacão em dois problemas OCC, em outros três obteve desempenho similar e em um deles foi in- ferior. Portanto, atesta-se a hipotese de que e possvel resolver OCC usando um algoritmo de PG convencional utilizando o algoritmo adequado para geracão de anomalias. O impacto de certos parâmetros da PG tambem foi avaliado. Entre eles o tamanho da populacão, que apresentou maior impacto no desempenho de classicacão em um problema OCC comparado a diferentes ajustes no tamanho da arvore e na taxa de mutacão. Alem disso, diferentes funcões de aptidão tambem foram experimentadas. Vericou-se que a funcão composta pela media das taxas individuais de acerto em cada classe apresentou melhor desempenho de classicacão OCC quando comparada ao uso da metrica AUC (Area Under the Receiver Operation Characteristic Curve). A taxa WMW (Wilcoxon- Mann-Whitney), considerada um estimador da AUC com custo computacional inferior, tambem foi aplicada como funcão de aptidão e apresentou resultado semelhante ao uso da AUC.

Neste trabalho fazemos revisão de alguns dos principais métodos para análise não-linear de séries temporais originadas a partir de sistemas de baixa dimensionalidade com dinâmica predominantemente determinística, dando ênfase ao problema de classificação/clusterização nãosupervisionada destas mesmas séries. Várias medidas de dissimilaridade são utilizadas em conjunto com métodos heurísticos baseados em algoritmos estocásticos, para a organização de segmentos de séries temporais não estacionárias em grupos com características em comum, na tentativa de associar a estes alguma característica clínica previamente conhecida. O método é implementado com diferentes medidas de dissimilaridade e um experimento feito com séries temporais sintéticas (obtidas a partir de simulação numérica) com fins de validação e posteriormente aplicado a um problema real, o problema de segmentação de estágios de sono. Os resultados indicam certa promissoriedade do método para aplicação na classificação estágios de sono em eletroencefalogramas. / In this work we make a review of some of the main methods available for nonlinear time series analysis for low-dimensional deterministic systems, giving emphasis to the problem of unsupervised classification/clustering of this kind of data. Various dissimilarity measures are used together with heuristic search methods based on stochastic algorithms to organize segments of one (big) nonstationary time series in groups with common characteristics, trying to relate these groups to some known clinical property. The method is implemented with different dissimilarity measures and one experiment made with synthetic (generated by numerical simulations) time series for validation and lately applied to a real problem, the problem of sleep stages segmentation. The results look promising with respect to the applicability of the method to classify sleep stages in electroencephalographic recordings.

O uso de perfis de aço formados a frio tem como objetivo a obtenção de estruturas leves. O emprego de chapas de pequena espessura na fabricação desses perfis implica facilidade de obtenção de seções de diferentes geometrias, encorajando a otimização. Porém, isso resulta, muitas vezes, numa grande esbeltez dos elementos que compõem a seção, o que os torna suscetíveis ao fenômeno da flambagem local quando submetidos a esforços de compressão. No contexto dos perfis de aço formados a frio, esse trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento estrutural de telhas de aço formadas a frio de perfil trapezoidal, analisando-se vários aspectos, entre eles métodos de determinação de carga crítica de flambagem elástica e de carga de colapso, influência das condições de contorno na performance estrutural e a otimização da forma da seção transversal. A carga crítica e a carga de colapso de telhas trapezoidais de perfil comercial, com diferentes condições de vinculação das bordas longitudinais, foram obtidas experimentalmente e comparadas com resultados teóricos. Para a determinação da carga crítica teórica, foram utilizados modelos de elementos finitos e de faixas finitas e, para a obtenção da carga de colapso teórica, foram empregados o Método da Resistência Direta e o procedimento da Norma Brasileira NBR 14762:2001. A otimização de forma da seção transversal das telhas foi realizada utilizando-se Algoritmos Genéticos. Foram propostas diferentes funções objetivo, relacionadas com a minimização da flecha no meio do vão, a maximização da carga crítica de flambagem elástica e a maximização da área de cobertura. Em relação a todos os aspectos citados, os resultados obtidos pelos diversos métodos de análise foram discutidos, com as limitações de cada um devidamente destacadas. As principais conclusões tiradas ao longo desse estudo estão apresentadas no final do trabalho. / The cold-formed steel members application aims at the obtaining of light gauge structures. The use of thin sheets in these members fabrication implies the facility of obtaining different cross sections, encouraging the optimization. However, several times, it results in slender section elements. These elements, when submitted to compressive stresses, have a high tendency to undergo the local buckling phenomenon. The main aim of this work is to research the structural behavior of cold-formed trapezoidal steel roofing sheets, investigating different aspects: critical elastic buckling load and collapse load evaluation methods, boundary conditions influence on the structural performance and cross section optimization. The critical buckling load and the collapse load of trapezoidal sheets with a commercialshaped cross section, with different boundary conditions of the longitudinal edges, were experimentally determined and compared with theoretical results. In order to evaluate the theoretical critical buckling load, finite element and finite strip models were used. For the collapse load determination, the Direct Strength Method and the design specification from the Brazilian Code NBR 14762:2001 were employed. The cross section optimization of the trapezoidal sheets was carried out using Genetic Algorithms. Different fitness functions were proposed, being related to the midspan deflection minimization, the critical elastic buckling load maximization and the covering area maximization. Considering all the mentioned points, the results obtained by the different analysis methods were discussed, and the limitations of each one were appropriately highlighted. The main conclusions obtained along this study are presented at the end of the work.