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[en] BUCKLING AND VIBRATION OF SLENDER RINGS AND PIPES ON AN ELASTIC FOUNDATION / [pt] FLAMBAGEM E VIBRAÇÃO DE ANÉIS E TUBULAÇÕES ESBELTAS EM UMA FUNDAÇÃO ELÁSTICAMARIANA BARROS DOS SANTOS DIAS 19 May 2021 (has links)
[pt] Sabe-se que os anéis e tubulações elásticas de paredes finas estão sujeitos a instabilidades quando sob tensões compressivas. Um exemplo particularmente interessante é a flambagem de um anel elástico sob uma pressão hidrostática. A carga de flambagem é fortemente influenciada pela natureza seguidora da força devida à pressão hidrostática e, se esse efeito for desprezado, a previsão da carga de flambagem crítica pode ser de até 50 por cento para anéis esbeltos. Este trabalho estuda, usando uma formulação variacional não linear, as características de flambagem e vibração de anéis e tubulações apoiados em uma fundação elástica de Pasternak, sendo a fundação de Winkler considerada como um caso particular.
Primeiro, a equação de movimento do anel pré-carregado é derivada e a solução analítica dos problemas de autovalor é obtida. A análise paramétrica mostra a influência dos parâmetros geométricos e físicos do anel e da fundação na carga crítica, frequências naturais e relação não linear carga-frequência, considerando o efeito da força seguidora da pressão hidrostática. Adicionalmente, o efeito da
fundação nas deformações pré-críticas é estudado. Finalmente, o efeito de uma imperfeição geométrica inicial é avaliado usando o método de Galerkin. Os resultados mostram que os parâmetros da fundação de Pasternak têm um efeito considerável na carga e modo crítico, na frequência fundamental do anel. / [en] It is known that thin-walled elastic rings and pipes are subject to instability when under a state of compressive stresses. A particularly interesting example is the buckling of an elastic ring under hydrostatic pressure. The buckling load is strongly influenced by the following nature of the force due to the hydrostatic pressure and, if this effect is neglected, the forecast of the critical buckling load can be up to 50 per cent for slender rings. This work studies, using a non-linear variational formulation, the buckling and vibration characteristics of rings and pipes supported by a Pasternak elastic foundation, the Winkler foundation being considered as a particular case. First, the equation of motion of the preloaded ring
is derived and the analytical solution of the eigenvalue problems is obtained. Parametric analysis shows the influence of the geometric and physical parameters of the ring and the foundation on the critical load, natural frequencies and nonlinear load-frequency relationship, considering the force following effect of the
hydrostatic pressure. Additionally, the effect of the foundation on pre-critical deformations is studied. Finally, the effect of an initial geometric imperfection is assessed using the Galerkin method. The results show that the parameters of the Pasternak foundation have a considerable effect on the critical load and mode as well as on the natural frequencies of the ring.
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Dynamic Analysis of the Skyway Bridge : Assessment and Application of Design GuidelinesThufvesson, Eric, Andersson, Daniel January 2017 (has links)
In recent years the design of pedestrian bridges has become more slender. As a result the bridges has lower natural frequencies and are more prone to excessive vibrations when subjected to dynamic loads induced by pedestrians. Akademiska Hus are building such a bridge at Nya Karolinska Solna where the bridge will span over Solnavägenconnecting the hospital building, U2, and the research facility BioMedicum. Due to practical reasons, it is not possible to connect one of the bridge ends mechanicallyto the building which increases the risk for lateral modes in the sensitivefrequency range of 0-2.5 Hz. The increased risk of lateral modes of vibrations within the sensitive frequency range as well uncertainties when determining the dynamic response led to this thesis. This thesis covers a frequency analysis of the previously mention bridge and an evaluation of the dynamic response under pedestrian loading by implementation of several design guidelines. A literature review was conducted with the aim of giving a deeper knowledge of human induced vibrations and the relevant guidelines for modelling of pedestrian loading. Furthermore, a parametric study was conducted for parameters which might be prone to uncertainties in data. The investigated parameters were the Young’s modulus for concrete and the surrounding fill materialas well as the stiffness of the connection to BioMedicum. The parametric study yielded a frequency range of 2.20-2.93 Hz for the first lateral mode and 5.96-6.67 Hz for the first vertical mode of vibration. By including nonstructural mass the lower limit for the frequencies were lowered to 2.05 and 5.59 Hzin the first lateral and vertical mode respectively. The parametric study also showed that the largest impact on the natural frequencies were obtained by manipulating the parameters for the supports, both for BioMedicum and the substructure. The implementation of the guidelines resulted in a lateral acceleration between 0.05 and0.599 m/s2. No evaluation was conducted for the dynamic response in the vertical direction due to a natural frequency of 5.59 Hz, which is higher than the evaluation criteria stated in Eurocode 0. The results showed that the design of the Skyway bridge is dynamically sound with regard to pedestrian loading and no remedial actions are necessary.
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HVDC transformer core resonance calculationThorstrand, Axel January 2021 (has links)
Transformers emit a characteristic humming noise due to magnetostriction which is the continuous change in dimensions during magnetization. The noise is amplified if the induced frequencies match the core’s natural frequencies, consequently avoiding geometries that create resonance is critical in order to fulfill customer sound level requirements. In this thesis, a high voltage direct current transformer core with two main limbs and two return limbs is studied. Using finite element analysis (FEA), the core can be modeled and analyzed in a computer environment. The main contributors of noise are the first bending and longitudinal resonance modes. Data for how these modes change with geometric alterations is collected and stored through parametric studies. An analytical expression is then constructed through Rayleigh’s energy method with added coefficients that can be correlated to FEA datasets achieving a verified model via data-fitting. A satisfactory model is created for both resonance modes. / Transformatorer avger ett karaktäristiskt surrande ljud. Ljudet uppkommer på grund av magnetostriktion vilket är förändringar i geometri som uppkommer då kärnan kontinuerligt magnetiseras. Ljudet förstärks om induktionsfrekvenserna matchar kärnans naturliga frekvenser, så att undvika kärngeometrier som skapar resonans är viktigt för att klara ljudnivåkrav som kunden har. I denna studie betraktas resonansfenomenet i en högspänningstransformator för likström (HVDC) med två lindade ben och två sidoben. Med avstamp i en finita elementanalys (FEA) kan kärnan modelleras och analyseras i en datormiljö. Data för hur resonansmoderna som bidrar mest till ljud förändras med förändringar av geometriska parametrar samlas genom parametriska studier. I detta fall analyseras de första böj- och longitudinella resonansmoderna. Ett analytiskt uttryck skapas sedan med hjälp av Rayleigh’s energimetod där coefficienter anpassas efter FEA-datan. Detta leder slutligen till en verifierad modell som fungerar väl för uppskattning av de båda relevanta resonansmoderna.
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Tlakové a rychlostní pulsace kapaliny v tenké válcové oblasti / Pressure and velocity pulsations of liquid in thin cylindrical domainOborná, Eliška January 2018 (has links)
The subject of this diploma thesis is a dynamic analysis of phenomena occurring in the thin cylindrical region, ie in a gab, which flows liquid by the given parameters. Through the simplifications introduced, it comes to the problem of structural and forced vibration for both the horizontal pulsation in a tube and the area of a compensating piston. The described method uses the separation of variables for pressure function. The speed function is derived from the already known pressure field distribution using the Navier-Stokes equation.
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Analýza vlivu lisovací síly plechů rotorového paketu na kritické otáčky elektromotoru / Analysis of the rotor packet prestress on the rotor critical speedLekeš, Filip January 2020 (has links)
The presented diploma thesis deals with the modeling of the rotor packet in dynamic calculations and analysis of the influence of the packing pressing force on the critical speed of the electric motor. The thesis can be divided into three main parts. The first part discusses the current level of rotor packet modeling in dynamic calculations and also deals with analytical theories for subsequent experimental tests. The second part describes the implementation of two experiments to determine the equivalent modulus of elasticity. The first experiment is a four-point bending test and the second is an experimental modal analysis. The third part is used for comparing the results obtained from experimental tests and describes the calculation of the critical speed of the rotor package pressed on the shaft by the finite element method.
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Vytvoření databáze tuhosti statorových svazků elektrických strojů točivých / Creation of database of stator core stiffness of rotational electrical machinesPodzemný, Zdeněk January 2013 (has links)
In this thesis is wrote up a complete procedure of stator core stiffness determination using finite element method (FEM), subsequently, the stator core stiffness database was created according to this procedure. In the next chapter is carried out a sensitivity analysis of one chosen stator core, which led to identifying parameters that affected its stiffness the most. Finally, a modal analysis of one synchronous machine was performed using FEM, in order to determine the effect of stator core stiffness on modal characteristics of the machine. Several modal shapes and corresponding natural frequencies were computed in this analysis, then only a few shapes with the highest core effect were chosen and compared.
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[en] INFLUENCE OF NON LINEAR NORMAL MODES AND SYMMETRIES ON THE DYNAMIC OF A SLENDER GUYED TOWER / [pt] INFLUÊNCIA DE MODOS NORMAIS NÃO LINEARES E DE SIMETRIAS NO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE TORRES ESTAIADASICARO RODRIGUES MARQUES 29 September 2020 (has links)
[pt] As torres estaiadas estão entre as estruturas mais altas construídas pelo homem. Estas estruturas usualmente são muito esbeltas e a interação cabos/mastro leva a comportamentos altamente não lineares. Devido a sua complexidade, modelos simplificados são desenvolvidos para as simulações dessas estruturas. Um modelo discreto de dois graus de liberdade investigado por diversos autores apresenta fenômenos característicos de estruturas não lineares, como a superabundância de modos normais não lineares similares e modos normais não similares (NNMs), bifurcações de NNMs, ressonância interna e interação modal. O presente trabalho visa investigar o comportamento de um modelo estrutural contínuo de uma torre estaiada com um a três níveis de estais. O método dos elementos finitos (MEF) com uma formulação não linear é usado para realizar análises paramétricas da influência na resposta estática e dinâmica, linear e não linear, das características geométricas e físicas dos cabos, do peso próprio dos cabos e do mastro e de imperfeições iniciais nas frequências naturais e carga crítica da torre. As simetrias geradas pela distribuição uniforme dos cabos têm grande influência na resposta, dando origem a cargas críticas e frequências naturais coincidentes. Isso gera interação modal na flambagem e ressonância interna 1:1, aumentando o efeito da não linearidade geométrica na resposta. Uma análise qualitativa é desenvolvida, comparando as respostas da análise de vibração não linear do modelo contínuo com as do modelo de dois graus de liberdade. Essa análise comparativa indica a existência de múltiplos NNMs e multimodos. A influência desses modos e simetrias inerentes à torre é investigada através de uma análise paramétrica da torre sob excitação harmônica lateral. Os resultados mostram que a torre exibe uma resposta altamente não linear, mesmo sob baixos níveis de carga, o que deve ser considerado com cuidado na fase de projeto e indica a necessidade de investigações adicionais da resposta dinâmica não-linear dessas estruturas, considerando as diferentes distribuições dos cabos utilizadas na prática. / [en] The guyed towers are among the tallest man-made structures. These structures are usually very slender and their guy/mast interaction leads to highly nonlinear behaviors. Due this, simplified models are developed for simulating these structures. The discrete model of tow-degree of freedom investigated by several authors exhibits characteristic phenomena of nonlinear structures such as a superabundance of similar nonlinear normal modes and non-similar normal modes (NMNs), bifurcations of NMNs, internal resonance, and modal interaction. The present work aims to investigate the behavior of a continuous structural model of a tower with one to three guyed levels. The nonlinear finite element method (FEM) is used to parametric analyzes of the influence on static and dynamic responses, linear and nonlinear, of the geometric and materials characteristics of the guys, of the mast and guys self-weight and initial imperfections of the tower s natural frequencies and critical loads. The symmetries generated by the uniform distribution of guys have a great influence on the response, given rise to coincident critical loads and natural frequencies. This generates modal interaction in the buckling and 1:1 internal resonance, increasing the effect of the geometric nonlinearity on the response. A qualitative analysis is developed, comparing as the response of the nonlinear vibration of the continuous model as those of the two degrees of freedom model. This comparative analysis indicates the existence of the multiple NNMs and multimodes. The influence of theses modes and tower inherent symmetries are investigated through a parametric analysis of the tower under lateral harmonic excitation. tower modes. The results show that the tower exhibits a highly nonlinear response, even at low load levels, which must be considered with care in the design stage and indicates the necessary of further investigations of the nonlinear dynamic response of these structures considering the different guys distribution used in practice.
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Direct creation of patient-specific Finite Element models from medical images and preoperative prosthetic implant simulation using h-adaptive Cartesian gridsGiovannelli, Luca 10 December 2018 (has links)
Se cree que la medicina in silico supondrá uno de los cambios más disruptivos en
el futuro próximo. A lo largo de la última década se ha invertido un gran esfuerzo
en el desarrollo de modelos computacionales predictivos para mejorar el poder de
diagnóstico de los médicos y la efectividad de las terapias. Un punto clave de esta
revolución, será la personalización, que conlleva en la mayoría de los casos, la creación
de modelos computacionales específicos de paciente, también llamados gemelos digitales.
Esta práctica está actualmente extendida en la investigación y existen en el
mercado varias herramientas de software que permiten obtener modelos a partir de
imágenes. A pesar de eso, para poderse usar en la práctica clínica, estos métodos
se necesita reducir drásticamente el tiempo y el trabajo humano necesarios para la
creación de los modelos numéricos.
Esta tésis se centra en la propuesta de la versión basada en imágenes del Cartesian
grid Finite Element Method (cgFEM), una técnica para obtener de forma automática
modelos a partir de imágenes y llevar a cabo análisis estructurales lineales de huesos,
implantes o materiales heterogéneos.
En la técnica propuesta, tras relacionar la escala de los datos de la imágen con
valores de propiedades mecánicas, se usa toda la información contenida en los píxeles
para evaluar las matrices de rigidez de los elementos que homogenizan el comportamiento
elástico de los grupos de píxeles contenidos en cada elemento. Se h-adapta
una malla cartesiana inicialmente uniforme a las características de la imágen usando
un procedimiento eficiente que tiene en cuenta las propiedades elásticas locales asociadas
a los valores de los píxeles. Con eso, se evita un suavizado excesivo de las
propiedades elásticas debido a la integración de los elementos en áreas altamente heterogéneas,
pero, no obstante, se obtienen modelos finales con un número razonable
de grados de libertad.
El resultado de este proceso es una malla no conforme en la que se impone la continudad
C0 de la solución mediante restricciones multi-punto en los hanging nodes.
Contrariamente a los procedimientos estandar para la creación de modelos de Elementos
Finitos a partir de imágenes, que normalmente requieren la definición completa y
watertight de la geometrá y tratan el resultado como un CAD estandar, con cgFEM
no es necesario definir ninguna entidad geométrica dado que el procedimiento propuesto
conduce a una definición implícita de los contornos. Sin embargo, es inmediato
incluirlas en el modelo en el caso de que sea necesario, como por ejemplo superficies
suaves para imponer condiciones de contorno de forma más precisa o volúmenes
CAD de dispositivos para la simulación de implantes. Como consecuencia de eso, la
cantidad de trabajo humano para la creación de modelos se reduce drásticamente.
En esta tesis, se analiza en detalles el comportamiento del nuevo método en problemas
2D y 3D a partir de CT-scan y radiográfias sintéticas y reales, centrandose en
tres clases de problemas. Estos incluyen la simulación de huesos, la caracterización de
materiales a partir de TACs, para lo cual se ha desarrollado la cgFEM virtual characterisation
technique, y el análisis estructural de futuros implantes, aprovechando la
capacidad del cgFEM de combinar fácilmente imágenes y modelos de CAD. / Es creu que la medicina in silico suposarà un dels canvis més disruptius en el futur
pròxim. Al llarg de l'última dècada, s'ha invertit un gran esforç en el desenvolupament
de models computacionals predictius per millorar el poder de diagnòstic dels
metges i l'efectivitat de les teràpies. Un punt clau d'aquesta revolució, serà la personalització,
que comporta en la majoria dels casos la creació de models computacionals
específics de pacient. Aquesta pràctica està actualment estesa en la investigació i hi
ha al mercat diversos software que permeten obtenir models a partir d'imatges. Tot i
això, per a poder-se utilitzar en la pràctica clínica aquests métodes es necessita reduir
dràsticament el temps i el treball humà necessaris per a la seva creació. Aquesta tesi
es centra en la proposta d'una versió basada en imatges del Cartesian grid Finite Element
Method (cgFEM), una técnica per obtenir de forma automàticament models a
partir d'imatges i dur a terme anàlisis estructurals lineals d'ossos, implants o materials
heterogenis. Després de relacionar l'escala del imatge a propietats macàniques corresponents,
s'usa tota la informació continguda en els píxels per a integrar les matrius
de rigidesa dels elements que homogeneïtzen el comportament elàstic dels grups de
píxels continguts en cada element. Es emphh-adapta una malla inicialment uniforme
a les característiques de la imatge usant un procediment eficient que té en compte
les propietats elàstiques locals associades als valors dels píxels. Amb això, s'evita un
suavitzat excessiu de les propietats elàstiques a causa de la integració dels elements en
àrees altament heterogénies, però, tot i això, s'obtenen models finals amb un nombre
raonable de graus de llibertat. El resultat d'aquest procés és una malla no conforme
en la qual s'imposa la continuïtat C0 de la solució mitjançant restriccions multi-punt
en els hanging nodes. Contràriament als procediments estàndard per a la creació de
models d'Elements finits a partir d'imatges, que normalment requereixen la definició
completa i watertight de la geometria i tracten el resultat com un CAD estàndard,
amb cgFEM no cal definir cap entitat geométrica. No obstant això, és immediat
incloure-les en el model en el cas que sigui necessari, com ara superfícies suaus per
imposar condicions de contorn de forma més precisa o volums CAD de dispositius per
a la simulació d'implants. Com a conseqüéncia d'això, la quantitat de treball humà
per a la creació de models es redueix dràsticament. En aquesta tesi, s'analitza en
detalls el comportament del nou métode en problemes 2D i 3D a partir de CT-scan
i radiografies sintétiques i reals, centrant-se en tres classes de problemes. Aquestes
inclouen la simulació d'ossos, la caracterització de materials a partir de TACs, per a
la qual s'ha desenvolupat la cgFEM virtual characterisation technique, i l'anàlisi estructural
de futurs implants, aprofitant la capacitat del cgFEM de combinar fàcilment
imatges i models de CAD. / In silico medicine is believed to be one of the most disruptive changes in the near future.
A great effort has been carried out during the last decade to develop predicting
computational models to increase the diagnostic capabilities of medical doctors and
the effectiveness of therapies. One of the key points of this revolution, will be personalisation,
which means in most of the cases creating patient specific computational
models, also called digital twins. This practice is currently wide-spread in research
and there are quite a few software products in the market to obtain models from
images. Nevertheless, in order to be usable in the clinical practice, these methods
have to drastically reduce the time and human intervention required for the creation
of the numerical models.
This thesis focuses on the proposal of image-based Cartesian grid Finite Element
Method (cgFEM), a technique to automatically obtain numerical models from images
and carry out linear structural analyses of bone, implants or heterogeneous materials.
In the method proposed in this thesis, after relating the image scale to corresponding
elastic properties, all the pixel information will be used for the integration of the
element stiffness matrices, which homogenise the elastic behaviour of the groups of
pixels contained in each element. An initial uniform Cartesian mesh is h-adapted
to the image characteristics by using an efficient refinement procedure which takes
into account the local elastic properties associated to the pixel values. Doing so we
avoid an excessive elastic property smoothing due to element integration in highly
heterogeneous areas, but, nonetheless obtain final models with a reasonable number
of degrees of freedom.
The result of the process is non-conforming mesh in which C0 continuity is enforced
via multipoint constraints at the hanging nodes. In contrast to the standard
procedures for the creation of Finite Element models from images, which usually require
a complete and watertight definition of the geometry and treat the result as a
standard CAD, with cgFEM it is not necessary to define any geometrical entity, as
the procedure proposed leads to an implicit definition of the boundaries. Nonetheless,
they are straightforward to include in the model if necessary, such as smooth surfaces
to impose the boundary conditions more precisely or CAD device volumes for the
simulation of implants. As a consequence, the amount of human work required for
the creation of the numerical models is drastically reduced.
In this thesis, we analyse in detail the new method behaviour in 2D and 3D problems
from CT-scans and X-ray images and synthetic images, focusing on three classes
of problems. These include the simulation of bones, the material characterisation of
solid foams from CT scans, for which we developed the cgFEM virtual characterisation
technique, and the structural analysis of future implants, taking advantage of
the capability of cgFEM to easily mix images and CAD models. / Giovannelli, L. (2018). Direct creation of patient-specific Finite Element models from medical images and preoperative prosthetic implant simulation using h-adaptive Cartesian grids [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113644
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Identificação de danos estruturais a partir do modelo de superfície de resposta / Identification of structural damage based on response surface modelIsabela Cristina da Silveira e Silva Rangel 17 February 2014 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A identificação de danos estruturais é uma questão de fundamental importância
na engenharia, visto que uma estrutura está sujeita a processos de deterioração
e a ocorrência de danos durante a sua vida útil. A presença de danos compromete
o desempenho e a integridade estrutural, podendo colocar vidas humanas em risco e
resultam em perdas econômicas consideráveis. Técnicas de identificação de danos
estruturais e monitoramento de estruturas fundamentadas no ajuste de um Modelo
de Elementos Finitos (MEF) são constantes na literatura especializada. No entanto,
a obtenção de um problema geralmente mal posto e o elevado custo computacional,
inerente a essas técnicas, limitam ou até mesmo inviabilizam a sua aplicabilidade em
estruturas que demandam um modelo de ordem elevada. Para contornar essas dificuldades,
na formulação do problema de identificação de danos, pode-se utilizar o
Modelo de Superfície de Reposta (MSR) em substituição a um MEF da estrutura. No
presente trabalho, a identificação de danos estruturais considera o ajuste de um MSR
da estrutura, objetivando-se a minimização de uma função de erro definida a partir
das frequências naturais experimentais e das correspondentes frequências previstas
pelo MSR. Estuda-se o problema de identificação de danos estruturais em uma viga
de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, considerando as frequências naturais na
formulação do problema inverso. O comportamento de uma viga de Euler-Bernoulli
simplesmente apoiada na presença de danos é analisado, com intuito de se verificar
as regiões onde a identificação dos mesmos pode apresentar maior dificuldade. No
processo de identificação de danos, do presente trabalho, são avaliados os tipos de
superfícies de resposta, após uma escolha apropriada do tipo de superfície de resposta
a ser utilizado, determina-se a superfície de resposta considerando os dados
experimentais selecionados a partir do projeto ótimo de experimentos. A utilização do
método Evolução Diferencial (ED) no problema inverso de identificação de danos é
considerado inerente aos resultados numéricos obtidos, a estratégia adotada mostrou-se
capaz de localizar e quantificar os danos com elevada acurácia, mostrando a potencialidade
do modelo de identificação de danos proposto. / The identification of structural damage is an issue of fundamental importance
in engineering, since a structure is subject to deterioration processes and to the occurrence
of damage throughout its useful lifetime. The presence of damage compromises
the performance and structural integrity, may put human lives at risk and may result
in considerable economic losses. Damage identification and structural health monitoring
techniques built on Finite Element Model (FEM) updating are constant in the
specialized literature. However, the problem generally rank deficient and the high computational
cost, inherent to these techniques, limit or even render their applicability
in structures that require a high order model. To circumvent these difficulties, in the
formulation of the damage identification problem, one may use a Response Surface
Model (RSM) in place of a FEM of the structure. In the present work, the identification
of structural damage considers the update of a RSM of the structure, with the aim at
minimizing an error function defined from the experimental natural frequencies and the
corresponding natural frequencies prescribed by a RSM. The problem of structural damage
identification in a simply supported Euler-Bernoulli beam is studied, taking into
account the natural frequencies in the inverse problem formulation. The behavior of
a simply supported Euler-Bernoulli beam, in the presence of damage, is analyzed, in
order to verify the identification of regions where the damage identification may present
greater difficulties. In the damage identification process, in the present work, after a
suitable choice of the type of the response surface model, the surface model is derived
considering the experimental data selected from an optimal design of experiments. The
use of the Differential Evolution (DE) method in the inverse problem of damage identification
is considered. Considering the numerical results obtained, the strategy adopted
proved to be able to locate and quantify the damage with high accuracy, showing the
capability of the proposed damage identification model.
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Identificação de danos estruturais a partir do modelo de superfície de resposta / Identification of structural damage based on response surface modelIsabela Cristina da Silveira e Silva Rangel 17 February 2014 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A identificação de danos estruturais é uma questão de fundamental importância
na engenharia, visto que uma estrutura está sujeita a processos de deterioração
e a ocorrência de danos durante a sua vida útil. A presença de danos compromete
o desempenho e a integridade estrutural, podendo colocar vidas humanas em risco e
resultam em perdas econômicas consideráveis. Técnicas de identificação de danos
estruturais e monitoramento de estruturas fundamentadas no ajuste de um Modelo
de Elementos Finitos (MEF) são constantes na literatura especializada. No entanto,
a obtenção de um problema geralmente mal posto e o elevado custo computacional,
inerente a essas técnicas, limitam ou até mesmo inviabilizam a sua aplicabilidade em
estruturas que demandam um modelo de ordem elevada. Para contornar essas dificuldades,
na formulação do problema de identificação de danos, pode-se utilizar o
Modelo de Superfície de Reposta (MSR) em substituição a um MEF da estrutura. No
presente trabalho, a identificação de danos estruturais considera o ajuste de um MSR
da estrutura, objetivando-se a minimização de uma função de erro definida a partir
das frequências naturais experimentais e das correspondentes frequências previstas
pelo MSR. Estuda-se o problema de identificação de danos estruturais em uma viga
de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, considerando as frequências naturais na
formulação do problema inverso. O comportamento de uma viga de Euler-Bernoulli
simplesmente apoiada na presença de danos é analisado, com intuito de se verificar
as regiões onde a identificação dos mesmos pode apresentar maior dificuldade. No
processo de identificação de danos, do presente trabalho, são avaliados os tipos de
superfícies de resposta, após uma escolha apropriada do tipo de superfície de resposta
a ser utilizado, determina-se a superfície de resposta considerando os dados
experimentais selecionados a partir do projeto ótimo de experimentos. A utilização do
método Evolução Diferencial (ED) no problema inverso de identificação de danos é
considerado inerente aos resultados numéricos obtidos, a estratégia adotada mostrou-se
capaz de localizar e quantificar os danos com elevada acurácia, mostrando a potencialidade
do modelo de identificação de danos proposto. / The identification of structural damage is an issue of fundamental importance
in engineering, since a structure is subject to deterioration processes and to the occurrence
of damage throughout its useful lifetime. The presence of damage compromises
the performance and structural integrity, may put human lives at risk and may result
in considerable economic losses. Damage identification and structural health monitoring
techniques built on Finite Element Model (FEM) updating are constant in the
specialized literature. However, the problem generally rank deficient and the high computational
cost, inherent to these techniques, limit or even render their applicability
in structures that require a high order model. To circumvent these difficulties, in the
formulation of the damage identification problem, one may use a Response Surface
Model (RSM) in place of a FEM of the structure. In the present work, the identification
of structural damage considers the update of a RSM of the structure, with the aim at
minimizing an error function defined from the experimental natural frequencies and the
corresponding natural frequencies prescribed by a RSM. The problem of structural damage
identification in a simply supported Euler-Bernoulli beam is studied, taking into
account the natural frequencies in the inverse problem formulation. The behavior of
a simply supported Euler-Bernoulli beam, in the presence of damage, is analyzed, in
order to verify the identification of regions where the damage identification may present
greater difficulties. In the damage identification process, in the present work, after a
suitable choice of the type of the response surface model, the surface model is derived
considering the experimental data selected from an optimal design of experiments. The
use of the Differential Evolution (DE) method in the inverse problem of damage identification
is considered. Considering the numerical results obtained, the strategy adopted
proved to be able to locate and quantify the damage with high accuracy, showing the
capability of the proposed damage identification model.
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