Detecção do dano e identificação estrutural com redes neuronais artificiais

Abstract

A crescente utilização de materiais compósitos reforçados com fibras, simples ou com capacidades adaptativas, tem vindo a exigir processos de cálculo cada vez mais eficientes na análise estrutural, nomeadamente para estruturas laminadas de placas.

Neste trabalho são formuladas as teorias de primeira ordem com deformação de corte e de terceira ordem com nove variáveis independentes. A partir destas teorias desenvolvem-se modelos discretos de elementos finitos para o estudo de materiais compósitos laminados, com a possibilidade da existência de lâminas com comportamento piezoeléctrico, permitindo assim a modelação de materiais compósitos adaptativos.

Com base nos modelos numéricos de elementos finitos desenvolvidos, são abordados problemas de detecção do dano em estruturas, identificação estrutural e optimização estrutural. Estes problemas são tratados com a utilização de uma ferramenta emergente; as redes neuronais artificiais. Abordam-se vários problemas de localização e quantificação do dano em alguns tipos de estruturas, com particular destaque para as estruturas laminadas. São propostos modelos de detecção de dano que utilizam os parâmetros estáticos e dinâmicos das estruturas, assim como dados de sensores no caso das estruturas adaptativas. Estes parâmetros funcionam como dados de treino para as redes neuronais. Os problemas de identificação estrutural são tratados utilizando as redes neuronais artificiais como método inverso de identificação, sendo propostos modelos para a identificação de propriedades mecânicas em placas compósitas laminadas, utilizando vários parâmetros de resposta das estruturas. É ainda abordado o problema da optimização estrutural, nomeadamente o tratamento da natureza combinatória do projecto da sequência de empilhamento de lâminas das placas laminadas. São utilizadas redes neuronais artificiais em conjunto com algoritmos genéticos. Estuda-se e compara-se o desempenho de vários modelos de combinação das duas técnicas. Este problema é também tratado utilizando uma técnica metaheurística, designada por algoritmo espiral.