00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - CTEC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA CIVIL - CTEC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Sobre o monitoramento de saúde estrutural utilizando análise modal: uma abordagem de aprendizado de máquina e aprendizado profundo
Autor(es): Duarte, João Gabriel da Costa de Souza
Primeiro Orientador: Barbirato, João Carlos Cordeiro
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Zago, João Gabriel
metadata.dc.contributor.referee1: Lima Júnior, Eduardo Toledo de
metadata.dc.contributor.referee2: Cano, Rafael Ghussn
Resumo: À medida que a tecnologia avança, estruturas civis tornam-se mais leves e esbeltas. Com projetos estruturais mais ousados e complexos, os materiais utilizados são frequentemente submetidos a cargas dinâmicas advindas de rajadas de vento, abalos sísmicos e ocupação humana. Para assegurar um alto nível de confiança e segurança em estruturas sob tais condições, é necessário implementar um sistema de Monitoramento de Saúde Estrutural com a finalidade de verificar adequadamente a integridade estrutural e mitigar eventuais falhas. Um componente desse sistema de monitoramento é a detecção de dano estrutural por inspeção humana. Entretanto, esse processo é suscetível a erros devido ao próprio fator humano, como a inspeção, visual ou manual, de patologias. Utilizando modelos matemáticos computacionais, a localização e a quantificação do dano pode ser determinada por custosas simulações computacionais para obter resultados fidedignos à realidade, o que impossibilita o monitoramento em tempo-real. Devido aos fatores mencionados, técnicas de Aprendizado de Máquina e Aprendizado Profundo combinadas com Análise Modal vêm sendo utilizadas para a construção de um sistema de monitoramento confiável. Elas permitem detecção rápida e em tempo-real quando submetidas aos conjuntos de dados apropriados e à devida calibração de seus respectivos hiperparâmetros. Nesse sentido, esse trabalho de conclusão de curso tem como objetivo desenvolver uma ferramenta computacional capaz de executar a detecção, localização e quantificação de danos estruturais, baseando-se nos parâmetros modais da estrutura e utilizando Redes Neurais Artificiais e Florestas Aleatórias. Treliças e pórticos feitos em aço, danificados e intactos, foram simulados no programa implementado para determinar os parâmetros modais com a finalidade de criar os conjuntos de entrada para os modelos estatísticos. A capacidade de cada algoritmo de detectar, localizar e quantificar o dano foi estudada para encontrar um modelo que generalize a análise bidimensional de pórticos e treliças sob as condições de contorno utilizadas nas simulações numéricas. Para as tarefas de classificação e regressão, isto é, localização e quantificação do dano, respectivamente, os resultados indicam que as Florestas Aleatórias têm uma melhor performance quando comparadas às Redes Neurais Artificiais para ambos os modelos estruturais, tanto para as tarefas de regressão e de classificação.
Abstract: With technological advances, civil structures became taller, slender, and lighter. With bolder structural designs, newer and classical materials are often subject to dynamic loads arising from gusts of wind, earthquakes, and human occupation. To ensure reliability and safety in structures under environmental and occupational conditions, it is necessary to implement a Structural Health Monitoring system to verify the structural integrity and mitigate future failures. One component of the SHM is damage detection, localization, and measurement by human inspection. However, this process is susceptible to errors due to human presence itself, such as incorrect measurement or pathology identification. The damage quantification and localization can be determined by computational simulations, making it impossible for real-time monitoring due to the time required to execute such simulations and obtain answers close to reality. Because of mentioned factors, Machine Learning (ML) and Deep Learning (DL) techniques, combined with Modal Analysis, can be used for such tasks. They enable fast and real-time detection when subjected to the proper dataset and calibration of the model’s hyper-parameters. Thus, this undergraduate thesis aims to develop a computational tool capable of performing damage detection, localization, and quantification based on structural modal parameters and using Artificial Neural Networks (ANN) and Random Forests (RF). Several damaged and undamaged steel trusses and frames were submitted to Modal Analysis and simulated in the implemented software to determine the modal parameters and create input datasets for the aforementioned statistical models. The damage detection capability of each model was analyzed to find a model that generalizes two-dimensional steel frames and trusses under the boundary conditions used in the numeric simulations. Results show that RF is better than ANN in both structural models in the classification and regression tasks.
Palavras-chave: Análise estrutural (Engenharia)
Análise modal
Monitoramento de saúde estrutural
Aprendizado do computador
Aprendizado profundo
Matrix analysis of structures
Modal analysis
Structural health monitoring
Machine learning
Deep learning
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia Civil
Citação: DUARTE, João Gabriel da Costa de Souza. Sobre o monitoramento de saúde estrutural utilizando análise modal : uma abordagem de aprendizado de máquina e aprendizado profundo. 2023. 103 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11593
Data do documento: 9-dez-2022
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