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Análise inversa em sólidos bidimensionais utilizando o método dos elementos de contorno / Inverse analysis in two-dimensional solid using the boundary element methodManoel Dênis Costa Ferreira 30 May 2007 (has links)
A aplicação da análise inversa é objeto de estudo nos mais diversos campos da ciência e da engenharia. A motivação para o tratamento de tais problemas se deve ao fato de que em muitas aplicações dessas áreas do conhecimento, há a necessidade da identificação de parâmetros físicos e geométricos a partir de dados do domínio medidos experimentalmente, já que tais parâmetros de entrada são desconhecidos para uma análise direta do problema. Neste tipo de análise o problema principal está na quantidade e qualidade dos dados experimentais obtidos, que são na maioria das vezes insuficientes para garantir que o sistema gerado apresente solução única, gerando com isto um problema essencialmente mal-posto. Assim, de forma geral o emprego confiável da análise inversa implica na utilização de ferramentas eficientes de aquisição de dados experimentais aliada a técnicas numéricas de regularização que buscam a minimização da função objetiva gerada por algum método numérico, como por exemplo, o método dos elementos de contorno (MEC). Sendo assim, o presente trabalho tem por objetivo apresentar uma formulação para resolução de problemas inversos de valor de contorno e estimativa dos parâmetros do modelo coesivo, através de medidas de campos de deslocamentos, em sólidos bidimensionais com domínio formado por multi-regiões via (MEC), utilizando-se de técnicas tais como: mínimos quadrados, regularização de Tikhonov, decomposição em valor singular (SVD) e filtro de Tikhonov, para regularização do problema. Além disto, são apresentados alguns exemplos de aplicação da formulação desenvolvida. / The application of inverse analysis is nowadays subject of research of many fields in engineering and science. The motivation to consider this problem is due to the fact that in many applications of these knowledge areas, physical and geometric parameters, that are not directly known, can be identified using domain data measured experimentally. In this kind of analysis the main problem is the quantity and the quality of the obtained experimental data, which, many times, are not sufficient to guarantee that the generated system of equations has only one solution, leading therefore to an ill-posed problem. Thus, in general the reliable use of the inverse analysis requires using efficient tools for experimental data acquisition together with the numerical techniques of regularization needed to impose the minimization of the objective function written by using any numerical method, as the boundary element method (BEM) for instance. In this context, the objective of the present work is to derive a formulation for resolution of boundary-value inverse problems and to estimate the material parameters of the cohesive model, by using measured displacements fields, in multi-region two-dimensional solid by BEM, using techniques such as: least squares, Tikhonov regularization, singular value decomposition (SVD) and Tikhonov filtering, for the problem regularization. Some application examples are presented using the developed formulation to illustrate its performance.
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[en] IDENTIFICATION OF MECHANICAL SYSTEMS PARAMETERS THROUGH INVERSE PROBLEM S RESOLUTION WITH BAYESIAN STATISTICAL INFERENCE / [pt] IDENTIFICAÇÃO DE PARÂMETROS EM SISTEMAS MECÂNICOS ATRAVÉS DA RESOLUÇÃO DO PROBLEMA INVERSO COM INFERÊNCIA ESTATÍSTICA BAYESIANAMARIO GERMAN SANDOVAL 12 January 2015 (has links)
[pt] O problema de estimação pode ser entendido como um caso particular
dos problemas inversos. Dadas observações da resposta de um sistema
para certas causas, deseja-se estimar certas características do sistema. Essas
características, em um sistema dinâmico, geralmente são representadas
por parâmetros. Assim, para uma representação físico-matemática do sistema,
dada uma excitação e observando a resposta, é possível obter uma
estimação dos parâmetros. A estimação paramétrica é de grande importância
e utilizada em diversas situações, desde experimentalistas, ao observar
fenômenos no laboratório, até quem estuda o comportamento de setores
sociais por amostras populacionais. A parte inicial desta dissertação apresenta
uma breve introdução ao problema inverso do marco da estatística
Bayesiana. Neste marco trata-se a estimação paramétrica como resultado da
resolução de um problema inverso. Duas técnicas de estimação s ao deduzidas
a partir da inferência estatística Bayesiana. A primeira delas, mínimos
quadrados, coleta todos os dados e logo faz a estimação. A segunda, filtro
de Kalman (e filtro de Kalman extendido), melhora o estado do conhecimento
dos parâmetros a serem estimados a cada nova observação. Para a
abordagem destas técnicas de estimação, de modo de poder compará-las, é
apresentada a resolução analítica de um sistema harmônico de um e dois
graus de liberdade. Por último, é apresentada uma modelagem de uma bancada
experimental, em escala de laboratório, que emula uma coluna de perfura
ção acoplada a um motor. Esta bancada foi desenvolvida para estudos
de dinâmica torcional, na dissertação de mestrado de Bruno C. Cayres A.,
de modo que aqui só é de interesse a caracterização da mesma. As técnicas
de estimação paramétrica são usadas de forma teórica, simulando os dados
a partir de soluções analíticas para diferentes parâmetros da modelagem do
motor e da coluna. Também usa-se medições feitas na bancada para estimar
os parâmetros da modelagem, obtendo assim um conhecimento melhorado
dos parâmetros envolvidos no sistema coluna-motor. / [en] The estimation problem can be understood as a particular case of
an inverse problem. Given observations of the response of a system, due
to certain causes, one wants to estimate certain characteristics of the
problem. These features, in a dynamic system, are usually represented by
parameters. Thus, for a mathematical representation of the physical system,
given an excitation and given the observing response, it is possible to give
an estimation of the parameters. The parameter estimation is of great
importance and used in countless situations, such as experimental obseration
of a phenomena in the laboratory or even by those who study the behaviors
social sectors by population samples. The initial part of this dissertation
presents a brief introduction to the inverse problem the framework of the
Bayesian statistics. In this context, the parametric estimation is a result of
the resolution of an inverse problem. Two estimation techniques are derived
from the Bayesian statistical inference. The first of these, least squares,
collects all the data and then makes the estimation. The second, Kalman
filter (and extended filter Kalman), improves the state of knowledge of the
parameters to be estimated, with each new observation. To address these
estimation techniques, in order to be able to compare them, presents the
analytical resolution of a harmonious system of one and two degrees of
freedom. Finally, it is presented a model for an experimental setup, in
laboratory scale, which emulates a drillstring coupled to a motor. This
experimental setup was developed to study the dynamic torsional and by the
author of the dissertation of Bruno C. Cayres A., the mode that is of interest
here only the characterization of it. These techniques are used for parameter
estimation in theoretical way, simulating data from the analytical solutions,
for different parameters involved in the column-motor modeling. Also, we
use measurements obtained from the experimental setup to estimate the
parameters of the column-motor model. Thereby, we obtain an improved
knowledge of the parameters involved in the column-motor.
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Reconstrução de imagens por tomografia por impedância elétrica utilizando recozimento simulado massivamente paralelizado. / Image reconstruction through electrical impedance tomography using massively parallelized simulated annealing.Tavares, Renato Seiji 06 May 2016 (has links)
A tomografia por impedância elétrica é uma modalidade de imageamento médico recente, com diversas vantagens sobre as demais modalidades já consolidadas. O recozimento simulado é um algoritmo que apresentada qualidade de solução, mesmo com a utilização de uma regularização simples e sem informação a priori. Entretanto, existe a necessidade de reduzir o tempo de processamento. Este trabalho avança nessa direção, com a apresentação de um método de reconstrução que utiliza o recozimento simulado e paralelização massiva em GPU. A paralelização das operações matriciais em GPU é explicada, com uma estratégia de agendamento de threads que permite a paralelização efetiva de algoritmos, até então, considerados não paralelizáveis. Técnicas para sua aceleração são discutidas, como a heurística de fora para dentro. É proposta uma nova representação de matrizes esparsas voltada para as características da arquitetura CUDA, visando um melhor acesso à memória global do dispositivo e melhor utilização das threads. Esta nova representação de matriz mostrou-se vantajosa em relação aos formatos mais utilizados. Em seguida, a paralelização massiva do problema inverso da TIE, utilizando recozimento simulado, é estudada, com uma proposta de abordagem híbrida com paralelização tanto em CPU quanto GPU. Os resultados obtidos para a paralelização do problema inverso são superiores aos do problema direto. A GPU satura em aproximadamente 7.000 nós, a partir do qual o ganho em desempenho é de aproximadamente 5 vezes. A utilização de GPUs é viável para a reconstrução de imagens de tomografia por impedância elétrica. / Electrical impedance tomography is a new medical imaging modality with remarkable advatanges over other stablished modalities. Simulated annealing is an algorithm that renders quality solutions despite the use of simple regularization methods and the absence of a priori information. However, it remains the need to reduce its processing time. This work takes a step in this direction, presenting a method for the reconstruction of EIT images using simulated annealing and GPU parallelization. The parallelization of matrix operations in GPU is explained, with a thread scheduling strategy that allows the effective parallelization of not-yet effectively parallelized algorithms. There are strategies for improving its performance, such as the presented outside-in heuristic. It is proposed a new sparse matrix representation focused on the CUDA architecture characteristics, with improved global memory access patterns and thread efficiency. This new matrix representation showed several advantages over the most common formats. The massive parallelization of the TIE\'s inverse problem using simulated annealing is studied, with a proposed hybrid approach that uses parallelization in both CPU and GPU. Results showed that the performance gain for the inverse problem is higher than the one obtained for the forward problem. The GPU device saturates with meshes of size of approximately 7,000 nodes, with a performance gain around 5 times faster than serial implementations. GPU parallelization may be used for the reconstruction of electrical impedance tomography images.
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Algoritmo híbrido para avaliação da integridade estrutural: uma abordagem heurística / Hybrid algorithm for damage detection: a heuristic approachBegambre Carrillo, Oscar Javier 25 June 2007 (has links)
Neste estudo, o novo algoritmo hibrido autoconfigurado PSOS (Particle Swarm Optimization - Simplex) para avaliação da integridade estrutural a partir de respostas dinâmicas é apresentado. A formulação da função objetivo para o problema de minimização definido emprega funções de resposta em freqüência e/ou dados modais do sistema. Uma nova estratégia para o controle dos parâmetros do algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO), baseada no uso do método de Nelder - Mead é desenvolvida; conseqüentemente, a convergência do PSO fica independente dos parâmetros heurísticos e sua estabilidade e precisão são melhoradas. O método híbrido proposto teve melhor desempenho, nas diversas funções teste analisadas, quando comparado com os algoritmos simulated annealing, algoritmos genéticos e o PSO. São apresentados diversos problemas de detecção de dano, levando em conta os efeitos do ruído e da falta de dados experimentais. Em todos os casos, a posição e extensão do dano foram determinadas com sucesso. Finalmente, usando o PSOS, os parâmetros de um oscilador não linear (oscilador de Duffing) foram identificados. / In this study, a new auto configured Particle Swarm Optimization - Simplex algorithm for damage detection has been proposed. The formulation of the objective function for the minimization problem is based on the frequency response functions (FRFs) and the modal parameters of the system. A novel strategy for the control of the Particle Swarm Optimization (PSO) parameters based on the Nelder-Mead algorithm (Simplex method) is presented; consequently, the convergence of the PSOS becomes independent of the heuristic constants and its stability and accuracy are enhanced. The formulated hybrid method performs better in different benchmark functions than the Simulated Annealing (SA), the Genetic Algorithm (GA) and the basic PSO. Several damage identification problems, taking into consideration the effects of noisy and incomplete data, were studied. In these cases, the damage location and extent were determined successfully. Finally, using the PSOS, a non-linear oscillator (Duffing oscillator) was identified with good results.
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Desenvolvimento de uma técnica experimental para a estimativa de propriedades térmicas usando uma única superfície de acesso "in situ" / Development of the experimental thecnique to Estimation the thermal properties using only one surface "in situ"Malheiros, Fernando Costa 18 May 2017 (has links)
CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Este trabalho apresenta um novo método experimental desenvolvido para a obtenção simult
ânea da condutividade e difusividade térmica em materiais sólidos. O método se baseia na
utilização de um novo aparato experimental na superfície que possui uma resistência elétrica
para aquecimento, dois termopares e um sensor de medição de uxo de calor. A amostra é
parcialmente aquecida em uma superfície frontal. Duas regiões da superfície frontal, aquecida
e não aquecida, são usadas para estimar as propriedades térmicas. A técnica se baseia na
minimização de duas funções distintas. Ambos são de nidos a partir das mesmas medições de
temperatura na superfície frontal, mas usando diferentes conceitos térmicos. A primeira usa
uma razão de ganho entre duas temperaturas medidas na superfície para a identi cação da
difusividade térmica. A segunda é de nido pela conhecida função de erro quadrático calculada
entre os valores experimentais e teóricos para as mesmas temperaturas super ciais. Este
segundo procedimento permite a estimativa da condutividade térmica. Em adição, apresentase
um estudo sobre o comportamento de alguns parâmetros que in uenciam o conceito de
razão de ganho de temperatura. As propriedades foram mensuradas em duas amostras diferentes,
PVC e cobre, materiais não condutor e condutor, com o desvio inferior a 2% dos
valores encontrados na literatura. Após as estimativas experimentais, os modelos térmicos
originais foram reduzidos a outros modelos simpli cados. Uma nova função para estimar a
difusividade térmica foi proposta usando o modelo térmico simpli cado com a mesma ideia
da razão de ganho entre duas temperaturas medidas na superfície. A condutividade térmica
é determinada com o mesmo conceito quando se usa o modelo original, mas é necessária
uma nova posição de medição de temperatura experimental sob o centro do uxo de calor.
Esses modelos reduzidos usam apenas uma superfície para estimar as propriedades térmicas.
Os resultados da estimativa de propriedades são os mesmos usando o modelo original ou os
modelos reduzidos, mas tem uma diminuição signi cativa no tempo computacional usando
os modelos reduzidos devido ao tempo para minimizar as funções. Dessa forma, esta técnica
tem todos os requisitos para ser aplicada em medições "in situ". / This work presents a new experimental method developed for obtaining, simultaneously, the
thermal conductivity and thermal di usivity of solid materials. The method is based on
the use of a new surface probe that has one resistance heater, two termocouples, and one
heat ux sensor. The sample is partially heated in a frontal surface. Two regions, heated
and non-heated front surface are used to estimate the thermal properties. The technique
relies on the minimization of two distinct functions. Both are de ned from the same frontal
surface temperature measurements, but using di erent thermal concepts. The rst uses a gain
ratio between two surface temperatures for the identi cation of the thermal di usivity. The
second is de ned by the well-known square quadratic error function calculated between the
experimental and theoretical values of the same surface temperatures. This second procedure
allows the estimation of thermal conductivity. In addition, has a study about the behaviour
of some parameters that in uence the a gain ratio temperatura concept. The properties were
mensure in two di erent sample, PVC and coopper, non-condutor and conductor materials
with the deviation less than 1% of the values found in literature. After mensurements, the
original thermal models were reduced to others more simple. A new function to mensure
the thermal di usivity was proposed using the simple thermal model wiht the same ideia
of the gain ratio between two surface temperature measurements. The thermal conductivy
is determinated with the same concept when use the original model, but a new position of
mensurement of experimental temperatura under the center of the heat ux is necessary.
Those reduced models use only one surface to estimate the thermal properties. The results
of the properties estimation are the same using the original or the reduce models, but has a
signi cant reduction in computacional estimation time using the reduce models because of
the time to minimize the functions. So, this thecnique has all requirements to be applied in
in situ measurements. / Tese (Doutorado)
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Problemas inversos aplicados à identificação de parâmetros hidrodinâmicos de um modelo do estuário do rio Macaé / Inverse problems applied to the identication of hydrodynamic parameters of a model of the Macae river estuaryEdgar Barbosa Lima 27 February 2012 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Esta tese tem por objetivo propor uma estratégia de obtenção automática de
parâmetros hidrodinâmicos e de transporte através da solução de problemas inversos.
A obtenção dos parâmetros de um modelo físico representa um dos principais
problemas em sua calibração, e isso se deve em grande parte à dificuldade na medição
em campo desses parâmetros. Em particular na modelagem de rios e estuários,
a altura da rugosidade e o coeficiente de difusão turbulenta representam dois
dos parâmetros com maior dificuldade de medição. Nesta tese é apresentada uma
técnica automatizada de estimação desses parâmetros através deum problema inverso
aplicado a um modelo do estuário do rio Macaé, localizado no norte do Rio de
Janeiro. Para este estudo foi utilizada a plataforma MOHID, desenvolvida na Universidade
Técnica de Lisboa, e que tem tido ampla aplicação na simulação de corpos
hídricos. Foi realizada uma análise de sensibilidade das respostas do modelo com
relação aos parâmetros de interesse. Verificou-se que a salinidade é uma variável
sensível a ambos parâmetros. O problema inverso foi então resolvido utilizando vários
métodos de otimização através do acoplamento da plataforma MOHID a códigos
de otimização implementados em Fortran. O acoplamento foi realizado de forma a
não alterar o código fonte do MOHID, possibilitando a utilização da ferramenta computacional
aqui desenvolvida em qualquer versão dessa plataforma, bem como a
sua alteração para o uso com outros simuladores. Os testes realizados confirmam a
eficiência da técnica e apontam as melhores abordagens para uma rápida e precisa
estimação dos parâmetros. / This thesis presents a strategy for automatically obtaining hydrodynamic and
transport parameters by means of the solution of inverse problems. Obtaining the
parameters of a physical model represents a major problem in its calibration, and this
is largely due to the difficulty associated to the field measurements of these parameters.
In particular by modeling rivers and estuaries, the roughness height and the turbulent
diffusion coefficient represent two of the most difficult parameters to measure
or estimate. Here, an automated technique for estimation of these parameters
through an inverse problem is applied to a model of the Macaé estuary, located in
northern Rio de Janeiro. For this investigation, hydrodynamic and transport models
were built in the MOHID platform, developed in the Technical University of Lisbon,
which has had wide application in simulation of water bodies. A sensitivity analysis
was performed regarding the model responses with respect to the parameters of interest.
It was verified that salinity is a sensitive variable for both parameters. The inverse
problem was then solved using various optimization methods by coupling the
MOHID platform to optimization codes implemented in Fortran. The coupling was
carried in a way to not change the MOHID source code, allowing the use of the computational
tool here developed in any version of this platform, as well as its modification
for use with other simulators. The tests confirm the efficiency of the technique
and suggest the best approaches for a fast and accurate estimation of the parameters.
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Problemas inversos aplicados à identificação de parâmetros hidrodinâmicos de um modelo do estuário do rio Macaé / Inverse problems applied to the identication of hydrodynamic parameters of a model of the Macae river estuaryEdgar Barbosa Lima 27 February 2012 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Esta tese tem por objetivo propor uma estratégia de obtenção automática de
parâmetros hidrodinâmicos e de transporte através da solução de problemas inversos.
A obtenção dos parâmetros de um modelo físico representa um dos principais
problemas em sua calibração, e isso se deve em grande parte à dificuldade na medição
em campo desses parâmetros. Em particular na modelagem de rios e estuários,
a altura da rugosidade e o coeficiente de difusão turbulenta representam dois
dos parâmetros com maior dificuldade de medição. Nesta tese é apresentada uma
técnica automatizada de estimação desses parâmetros através deum problema inverso
aplicado a um modelo do estuário do rio Macaé, localizado no norte do Rio de
Janeiro. Para este estudo foi utilizada a plataforma MOHID, desenvolvida na Universidade
Técnica de Lisboa, e que tem tido ampla aplicação na simulação de corpos
hídricos. Foi realizada uma análise de sensibilidade das respostas do modelo com
relação aos parâmetros de interesse. Verificou-se que a salinidade é uma variável
sensível a ambos parâmetros. O problema inverso foi então resolvido utilizando vários
métodos de otimização através do acoplamento da plataforma MOHID a códigos
de otimização implementados em Fortran. O acoplamento foi realizado de forma a
não alterar o código fonte do MOHID, possibilitando a utilização da ferramenta computacional
aqui desenvolvida em qualquer versão dessa plataforma, bem como a
sua alteração para o uso com outros simuladores. Os testes realizados confirmam a
eficiência da técnica e apontam as melhores abordagens para uma rápida e precisa
estimação dos parâmetros. / This thesis presents a strategy for automatically obtaining hydrodynamic and
transport parameters by means of the solution of inverse problems. Obtaining the
parameters of a physical model represents a major problem in its calibration, and this
is largely due to the difficulty associated to the field measurements of these parameters.
In particular by modeling rivers and estuaries, the roughness height and the turbulent
diffusion coefficient represent two of the most difficult parameters to measure
or estimate. Here, an automated technique for estimation of these parameters
through an inverse problem is applied to a model of the Macaé estuary, located in
northern Rio de Janeiro. For this investigation, hydrodynamic and transport models
were built in the MOHID platform, developed in the Technical University of Lisbon,
which has had wide application in simulation of water bodies. A sensitivity analysis
was performed regarding the model responses with respect to the parameters of interest.
It was verified that salinity is a sensitive variable for both parameters. The inverse
problem was then solved using various optimization methods by coupling the
MOHID platform to optimization codes implemented in Fortran. The coupling was
carried in a way to not change the MOHID source code, allowing the use of the computational
tool here developed in any version of this platform, as well as its modification
for use with other simulators. The tests confirm the efficiency of the technique
and suggest the best approaches for a fast and accurate estimation of the parameters.
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Um problema inverso em dois passos para estimação de perfis de temperatura na atmosfera com nuvens a partir de medidas de radiância feitas por satélite / A two step inverse problem to retrieve vertical temperature profile in the atmosphere with clouds from radiance measurements made by satellitePatricia Oliva Soares 04 January 2013 (has links)
Esta tese tem por objetivo propor uma metodologia para recuperação de perfis verticais de temperatura na atmosfera com nuvens a partir de medidas de radiância feitas por satélite, usando redes neurais artificiais. Perfis verticais de temperatura são importantes condições iniciais para modelos de previsão de tempo, e são usualmente obtidos a partir de medidas de radiâncias feitas por satélites na faixa do infravermelho. No entanto, quando estas medidas são feitas na presença de nuvens, não é possível, com as técnicas atuais, efetuar a recuperação deste perfil. É uma perda significativa de informação, pois, em média, 20% dos pixels das imagens acusam presença de nuvens. Nesta tese, este problema é resolvido como um problema inverso em dois passos: o primeiro passo consiste na determinação da radiância que atinge a base da nuvem a partir da radiância medida pelos satélites; o segundo passo consiste na determinação do perfil vertical de temperaturas a partir da informação de radiância fornecida pelo primeiro passo. São apresentadas reconstruções do perfil de temperatura para quatro casos testes. Os resultados obtidos mostram que a metodologia adotada produz resultados satisfatórios e tem grande potencial de uso, permitindo incorporar informações sobre uma região mais ampla do globo e, consequentemente, melhorar os modelos de previsão do tempo. / This thesis presents a methodology for retrieving vertical temperature profiles in the atmosphere with clouds from radiance measurements made by satellite, using artificial neural networks. Vertical temperature profiles are important initial conditions for numerical weather prediction models, and are usually obtained from measurements of radiance using infrared channels. Though, when these measurements are performed in the atmosphere with clouds, it is not possible to retrieve the temperature profile with current techniques. It is a significant loss of information, since on average 20% of the pixels of the images have clouds. In this thesis, this problem is solved as a two-step inverse problem: the first step is an inverse problem of boundary condition estimation, where the radiance reaching the cloud basis is determined from radiance measured by satellite; the second step consists in determining the vertical temperature profile from the boundary condition estimated in the first step. Reconstructions of temperature profile are presented for four test cases. The results show that the proposed methodology produces satisfactory results and has great potential for use, allowing to incorporate information from a wider area of the planet and thus to improve numerical weather prediction models.
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Algoritmo híbrido para avaliação da integridade estrutural: uma abordagem heurística / Hybrid algorithm for damage detection: a heuristic approachOscar Javier Begambre Carrillo 25 June 2007 (has links)
Neste estudo, o novo algoritmo hibrido autoconfigurado PSOS (Particle Swarm Optimization - Simplex) para avaliação da integridade estrutural a partir de respostas dinâmicas é apresentado. A formulação da função objetivo para o problema de minimização definido emprega funções de resposta em freqüência e/ou dados modais do sistema. Uma nova estratégia para o controle dos parâmetros do algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO), baseada no uso do método de Nelder - Mead é desenvolvida; conseqüentemente, a convergência do PSO fica independente dos parâmetros heurísticos e sua estabilidade e precisão são melhoradas. O método híbrido proposto teve melhor desempenho, nas diversas funções teste analisadas, quando comparado com os algoritmos simulated annealing, algoritmos genéticos e o PSO. São apresentados diversos problemas de detecção de dano, levando em conta os efeitos do ruído e da falta de dados experimentais. Em todos os casos, a posição e extensão do dano foram determinadas com sucesso. Finalmente, usando o PSOS, os parâmetros de um oscilador não linear (oscilador de Duffing) foram identificados. / In this study, a new auto configured Particle Swarm Optimization - Simplex algorithm for damage detection has been proposed. The formulation of the objective function for the minimization problem is based on the frequency response functions (FRFs) and the modal parameters of the system. A novel strategy for the control of the Particle Swarm Optimization (PSO) parameters based on the Nelder-Mead algorithm (Simplex method) is presented; consequently, the convergence of the PSOS becomes independent of the heuristic constants and its stability and accuracy are enhanced. The formulated hybrid method performs better in different benchmark functions than the Simulated Annealing (SA), the Genetic Algorithm (GA) and the basic PSO. Several damage identification problems, taking into consideration the effects of noisy and incomplete data, were studied. In these cases, the damage location and extent were determined successfully. Finally, using the PSOS, a non-linear oscillator (Duffing oscillator) was identified with good results.
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Determinação do campo de temperatura em ferramentas de corte durante um processo de usinagem por torneamento / Cutting temperature estimation during a machining processCarvalho, Solidônio Rodrigues de 28 July 2005 (has links)
Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / During machining, high temperatures are generated in the region of the tool cutting edge, and
these temperatures have a controlling influence on the wear rate of the cutting tool and on the
friction between the chip and the tool. However, direct measurement of temperature using
contact type sensors at the tool-work interface is difficult to implement due to the rotating
movement of the workpiece and the presence of the chip. Therefore, the use of inverse heat
conduction techniques represents a good alternative since these techniques takes into
account temperatures measured from accessible positions. This work proposes a new
experimental methodology to determine the thermal fields and the heat generated in the chiptool
interface during machining process using inverse problems techniques. This work
develops a numerical 3-D transient thermal model that takes into account both the tool and
toolholder assembly. The thermal model represents the direct problem and is solved using
finite volume techniques on a non uniform mesh. The related inverse problem is solved by
using the golden section technique. The experimental data and inverse technique are
processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux
estimation in manufacturing processes called INV3D. An error analysis of the results and the
experimental procedures to determine the cut area and the tool holder temperature are also
presented. Besides the machining problem, INV3D is also able to solve different thermal
problems. As an example of its generality, this work also presents an application of this
software in the thermal fields study during a welding process. / Durante a usinagem de metais, altas temperaturas são geradas na interface de cavacoferramenta.
Essas temperaturas, por sua vez, têm forte influência no controle da taxa de
remoção de material e no atrito entre o cavaco e a ferramenta de corte. Observa-se,
entretanto que a medição direta de temperaturas nessa região é de difícil execução devido ao
movimento da peça e a presença do cavaco. Assim, o uso de técnicas inversas em condução
de calor se apresenta como uma boa alternativa para a obtenção dessas temperaturas uma
vez que essas técnicas permitem o uso de dados experimentais obtidos em regiões
acessíveis. Este trabalho propõe uma nova metodologia experimental para a determinação
dos campos térmicos e do fluxo térmico gerado em ferramentas de corte durante um processo
de torneamento. Uma das inovações apresentadas é o desenvolvimento de um modelo
térmico tridimensional transiente que considera além da ferramenta de corte, o conjunto
ferramenta, calço e porta-ferramenta. O problema direto é então resolvido numericamente
usando-se diferenças finitas a partir de uma malha de discretização não uniforme. O problema
inverso, por sua vez, é resolvido por meio da técnica de otimização da seção áurea. Para a
solução dos problemas envolvidos, desenvolveu-se um código computacional específico,
denominado INV3D. O programa INV3D contém ainda uma série de funções que auxiliam na
aquisição dos dados experimentais, na geração da malha tridimensional e na análise em
ambiente gráfico. O trabalho apresenta também os procedimentos experimentais usados na
medição das temperaturas na ferramenta, calço e porta-ferramenta e na identificação da área
de interface de corte. Os resultados obtidos são validados por meio de experimentos
controlados em laboratório e de análises qualitativas. Além do problema de usinagem
investigado, como exemplo da generalidade do Inv3D na solução de problemas térmicos,
apresenta-se também uma aplicação deste software no estudo de campos térmicos
decorrentes de um processo de soldagem TIG em alumínio. / Doutor em Engenharia Mecânica
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