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Identificação de danos estruturais via método de Monte Carlo com cadeias de Markov / Identification of structural damage via Markov Chain Monte Carlo methodJosiele da Silva Teixeira 14 February 2014 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho apresenta um estudo referente à aplicação da abordagem Bayesiana
como técnica de solução do problema inverso de identificação de danos estruturais,
onde a integridade da estrutura é continuamente descrita por um parâmetro estrutural
denominado parâmetro de coesão. A estrutura escolhida para análise é uma viga simplesmente
apoiada do tipo Euler-Bernoulli. A identificação de danos é baseada em alterações
na resposta impulsiva da estrutura, provocadas pela presença dos mesmos. O problema
direto é resolvido através do Método de Elementos Finitos (MEF), que, por sua vez, é
parametrizado pelo parâmetro de coesão da estrutura. O problema de identificação de
danos é formulado como um problema inverso, cuja solução, do ponto de vista Bayesiano, é
uma distribuição de probabilidade a posteriori para cada parâmetro de coesão da estrutura,
obtida utilizando-se a metodologia de amostragem de Monte Carlo com Cadeia de Markov.
As incertezas inerentes aos dados medidos serão contempladas na função de verossimilhança. Três estratégias de solução são apresentadas. Na Estratégia 1, os parâmetros de
coesão da estrutura são amostrados de funções densidade de probabilidade a posteriori que
possuem o mesmo desvio padrão. Na Estratégia 2, após uma análise prévia do processo
de identificação de danos, determina-se regiões da viga potencialmente danificadas e os
parâmetros de coesão associados à essas regiões são amostrados a partir de funções de
densidade de probabilidade a posteriori que possuem desvios diferenciados. Na Estratégia
3, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, apenas os parâmetros
associados às regiões identificadas como potencialmente danificadas são atualizados. Um
conjunto de resultados numéricos é apresentado levando-se em consideração diferentes
níveis de ruído para as três estratégias de solução apresentadas. / This work presents a study on the application of Bayesian approach as a technique
for solving the inverse problem of structural damage identification, where the integrity
of the structure is continuously described by a structural cohesion parameter. The
structure chosen for analysis is a simply supported Euler - Bernoulli beam. The damage
identification is based on changes in the impulse response of the structure caused by the
presence thereof. The direct problem is solved by the finite element method (FEM), which,
in turn, is parameterized by the cohesion parameter of the structure. The problem of
identifying damages is formulated as an inverse problem, whose solution, from the Bayesian
framework, is a posteriori probability distribution of the cohesion parameter, obtained
using the sampling methodology of Monte Carlo with Markov Chain. The uncertainties
inherent to the measured data will be included in the likelihood function. Three solution
strategies are presented. In the Strategy 1, the cohesion parameters of the structure are
sampled from probability density functions a posteriori that have the same standard
deviation. In the Strategy 2, after a previous analysis of the damage identification process,
are determined potentially damaged regions and the cohesion parameters associated with
these regions are sampled from probability density functions a posteriori that have different
deviations. In the Strategy 3, after a preliminary analysis of the damage identification
process, only the parameters associated with regions identifed as potentially damaged are
updated. A set of numerical results are presented taking into account different noise levels
for the three considered strategies.
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Detecção de danos em pontes em escala reduzida pela identificação modal estocástica / Damage detection in small scale models of bridges based on stochastic modal identificationTiago Marrara Juliani 13 November 2014 (has links)
As pontes de concreto armado são obras de arte de extrema importância para a infraestrutura de transportes do Brasil. Portanto sua inspeção e manutenção são atividades estratégicas. A inspeção visual, ensaios destrutivos e não destrutivos fornecem informações sobre a sua integridade estrutural e auxiliam na tomada de decisões relativas à necessidade de reparos e reforços. Entre os ensaios não destrutivos, avalia-se neste trabalho a aplicação da identificação modal estocástica na detecção de danos em pontes. A técnica baseia-se na medição das vibrações ambientais da estrutura, aquelas que ocorrem durante seu uso, identificação de suas propriedades modais, comparação com as propriedades modais da estrutura íntegra e consequente detecção de danos. Diferentemente da análise dinâmica experimental clássica, na identificação modal estocástica as ações dinâmicas não são medidas e nem controladas durante o ensaio. Por este motivo foram adotadas técnicas de identificação modal baseadas apenas nas vibrações medidas em alguns pontos da estrutura, funções de densidade espectral de potência e transmissibilidades de vibrações entre os pontos. Desta forma as frequências naturais e modos de vibração experimentais puderam ser precisamente identificados em modelos íntegros e danificados de pontes em escala reduzida. Em cada modelo, uma danificação foi imposta em uma de suas longarinas no meio do vão ou no segundo quarto de vão. Após a realização dos ensaios dinâmicos nas condições íntegra e danificada, duas técnicas de identificação de danos foram utilizadas: Diferença de Curvatura Modal (DCM) e Índice de Dano (ID). Ambas as técnicas tiveram sucesso na detecção de danos nos modelos de pontes avaliados. / Reinforced concrete bridges are extremely important elements of Brazilian transportation infrastructure. Consequently their inspection and maintenance are strategic activities. Visual inspection, destructive or nondestructive tests offer relevant information on their structural integrity and support the decision on the need of retrofitting or strengthening. Among existing types of nondestructive tests, this work focuses on the application of stochastic modal identification in damage detection of bridges. This technique is based on the measurement of environmental vibrations that occur during normal operation of the structure, modal identification, comparison of modal properties between damaged and undamaged bridge and finally damage detection. Opposed to classical dynamic experimental analysis, in stochastic modal identification the loads are not measured or known during the test. For this reason modal identification was only based in vibrations measured in selected points of the structure, power spectral density functions and vibration transmissibilities between these points. With this method natural frequencies and experimental modal shapes could be precisely identified in damaged and undamaged small scale models of bridges. The damage was induced in the middle of the span or in the second quarter of the span in one of the girders. After dynamic testing in undamaged and damaged conditions two damage identification techniques were used: Modal Curvature Difference (MCD) and Damage Index (ID). Both techniques detected successfully the damages imposed to the bridge models.
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Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração / Structural damage identification using time domain data from vibration testsLuciano dos Santos Rangel 17 February 2014 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura
a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural
é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de
Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos,
quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido
como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de
parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta
impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura.
A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta
como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de
amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos
danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga
de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento
ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem
utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo
de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo
o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados.
Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura
onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial.
Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados
os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações
numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas
com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos,
assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados
no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto
Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos. / The present work deals with the damage identification problem in mechanical
structures from their impulse response. In the adopted model, the structural integrity
is continually described by a cohesion parameter and the finite element model
(FEM) is used to spatially discretize both the displacement and cohesion fields. The
damage identification problem is then posed as an optimization one, whose objective
is to minimize, with respect to the vector of nodal cohesion parameters, a functional
based on the difference between the experimentally obtained impulse response and
the corresponding one predicted by an FEM of the structure. The damage identification
problem built on the time domain presents some advantages, as the applicability
in linear systems with high levels of damping an/or closed spaced modes, and in nonlinear
systems. Besides, the time domain approaches present high sensitivities to the
presence of small damages. Numerical studies were carried out considering a simply
supported Euler-Bernoulli beam. Optimal experiment design techniques were considered
with the aim at determining the optimal position of the displacement sensor and
also the number of points of the impulse response to be considered in the identification
process. The Differential Evolution optimization method and the Levenberg-Marquardt
method were considered to solve the inverse problem of damage identification. Numerical
analysis were carried out in order to assess the influence, on the identification
results, of noise in the synthetic experimental data, of the sensor position, and of the
number of points retained in the impulse response. The presented results shown the
potentiality of the proposed damage identification approach and also the importance
of the optimal experiment design for the quality of the identification. al importance for
the identification of damage.
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Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração / Structural damage identification using time domain data from vibration testsLuciano dos Santos Rangel 17 February 2014 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura
a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural
é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de
Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos,
quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido
como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de
parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta
impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura.
A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta
como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de
amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos
danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga
de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento
ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem
utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo
de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo
o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados.
Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura
onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial.
Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados
os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações
numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas
com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos,
assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados
no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto
Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos. / The present work deals with the damage identification problem in mechanical
structures from their impulse response. In the adopted model, the structural integrity
is continually described by a cohesion parameter and the finite element model
(FEM) is used to spatially discretize both the displacement and cohesion fields. The
damage identification problem is then posed as an optimization one, whose objective
is to minimize, with respect to the vector of nodal cohesion parameters, a functional
based on the difference between the experimentally obtained impulse response and
the corresponding one predicted by an FEM of the structure. The damage identification
problem built on the time domain presents some advantages, as the applicability
in linear systems with high levels of damping an/or closed spaced modes, and in nonlinear
systems. Besides, the time domain approaches present high sensitivities to the
presence of small damages. Numerical studies were carried out considering a simply
supported Euler-Bernoulli beam. Optimal experiment design techniques were considered
with the aim at determining the optimal position of the displacement sensor and
also the number of points of the impulse response to be considered in the identification
process. The Differential Evolution optimization method and the Levenberg-Marquardt
method were considered to solve the inverse problem of damage identification. Numerical
analysis were carried out in order to assess the influence, on the identification
results, of noise in the synthetic experimental data, of the sensor position, and of the
number of points retained in the impulse response. The presented results shown the
potentiality of the proposed damage identification approach and also the importance
of the optimal experiment design for the quality of the identification. al importance for
the identification of damage.
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