00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Tese
Título: Identificação de danos em elementos estruturais lineares utilizando metodologias de modelo híbrido baseado na física e orientado a dados, machine learning e digital twin
Autor(es): Lima Júnior, Will José de
Primeiro Orientador: Assis, Wayne Santos de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Aquino, André Luiz Lins de
metadata.dc.contributor.referee1: Lima Junior, Eduardo Toledo de
metadata.dc.contributor.referee2: Santos, João Paulo Lima
metadata.dc.contributor.referee3: Queiroz, Fabiane da Silva
Resumo: Este trabalho apresenta um novo framework para monitoramento da integridade estrutural para identificação de danos em elementos estruturais lineares de aço (barras comprimidas e vigas), no contexto de sistemas dinâmicos. O framework integra um modelo híbrido baseado na física e orientado a dados (que pode resultar em um modelo generalizável, acurado, interpretável e computacionalmente eficiente) e métodos de machine leaning supervisionado, para a construção de um framework digital twin. As equações governantes do movimento da estrutura íntegra, descobertas pela modelagem híbrida, são usadas para simular a resposta do sistema com dano em diferentes locais e intensidades. A partir dessas simulações, um conjunto de dados é construído para treinar os classificadores de machine learning, considerando os cenários da estrutura íntegra e com dano. O framework digital twin relaciona as entradas do physical twin a cenários de danos específicos, para avisar rapidamente se houver dano, onde está localizado e qual a sua intensidade, de forma que possa apoiar as decisões de engenharia. O framework digital twin foi avaliado em diferentes configurações de aplicações, demonstrando a potencial contribuição para o estabelecimento de sistemas monitoramento da integridade estrutural. O Support Vector Machine foi o classificador que apresentou melhor desempenho, com precisão de 93,37% para a barra engastada e 80,33% para a barra biengastada. Os danos nas barras engastada e biengastada, considerando a vibração axial, foram identificados e robustos para determinados níveis de ruído. A identificação de dano em vigas, considerando a vibração transversal, se mostrou promissora, com precisão de 84,49% para o classificador Support Vector Machine, usando atributo de deslocamento, e 99,98% para o classificador Quadratic Discriminant Analysis, usando atributos de deslocamento e aceleração.
Abstract: This work presents a novel structural health monitoring framework for damage identification in linear steel structural elements (compressed bars and beams), in the context of dynamical systems. The framework integrates a hybrid physics-based and data-driven model (that can result in a generalizable, accurate, interpretable and computationally efficient model) and supervised machine learning methods, to construct a digital twin. The governing equations of motion of the healthy structure, discovered by hybrid modeling, are used to simulate the response of the system with damage at different locations and intensities. From these simulations a dataset is constructed to train the machine learning classifiers, considering the beam scenarios with damage and undamaged. The constructed digital twin relates the inputs of the physical twin to specific damage scenarios to quickly warn if there is damage, where it is located and what is its severity, supporting engineering decisions. The DT framework was evaluated in different application configurations, demonstrating the potential contribution to the establishment of structural integrity monitoring systems. Support Vector Machine was the best performing classifier, with a precision of 93.37% for the cantilever bar and 80.33% for the fixed-end bar. The damage to the cantilever and fixed-end bars, considering axial vibration, was identified and robust for certain noise levels. The identification of damage in beams, considering transverse vibration, proved promising, with a precision of 84.49% for the Support Vector Machine classifier, using the displacement feature, and 99.98% for the Quadratic Discriminant Analysis classifier, using the displacement and acceleration features.
Palavras-chave: Identificação de Dano
Dinâmica das Estruturas
Modelo Híbrido
Machine Learning
Digital Twin
Damage Identification
Structural Dynamics
Hybrid Model
Machine Learning,
Digital Twin
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: LIMA JÚNIOR, Will José de. Identificação de danos em elementos estruturais lineares utilizando metodologias de modelo híbrido baseado na física e orientado a dados, machine learning e digital twin. 2026. 178 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/17555
Data do documento: 18-dez-2024
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