Título: IDENTIFICAÇÃO PARAMÉTRICA POR MÉTODOS DE OTIMIZAÇÃO E SUBESTRUTURAÇÃO TEÓRICO-EXPERIMENTAL DE MODELOS FEM DE ESTRUTURAS FLEXÍVEIS

Título alternativo: PARAMETRIC IDENTIFICATION USING OPTIMIZATION METHODS AND THEORETICAL-EXPERIMENTAL SUBSTRUCTURING OF FLEXIBLE STRUCTURES FEM MODELS

Autoria de: Yuri Andrade Dias Martins

Orientação de: Henrique Leandro Silveira

Presidente da banca: Henrique Leandro Silveira

Primeiro membro da banca: Mauricio Francisco Caliri Junior

Segundo membro da banca: Wander Gustavo Rocha Vieira

Palavras-chaves: Dinâmica Estrutural, Algoritmos de Otimização, Análise Modal Experimental, Algoritmo de Evolução Diferencial, Algoritmo de Abelhas

Data da defesa: 27/01/2022

Semestre letivo da defesa: 2021-2

Data da versão final: 01/02/2022

Data da publicação: 01/02/2022

Referência: Martins, Y. A. D. IDENTIFICAÇÃO PARAMÉTRICA POR MÉTODOS DE OTIMIZAÇÃO E SUBESTRUTURAÇÃO TEÓRICO-EXPERIMENTAL DE MODELOS FEM DE ESTRUTURAS FLEXÍVEIS. 2022. 150 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre as características dinâmicas de uma estrutura de placa retangular de alumínio. A estrutura é modelada pelo método dos elementos finitos e, via rota teórica, os modelos espacial, modal e de resposta são obtidos. O procedimento experimental é conduzido através de um teste modal utilizando shaker a fim de obter as funções de resposta em frequência (FRFs) experimentais. Através da técnica de extração paramétrica de EwinsGleeson, os autovalores e autovetores experimentais são obtidos e os polinômios que descrevem as curvas experimentais são determinados. Embora o método dos elementos finitos seja capaz de modelar estruturas complexas, é comum haver divergências entre a predição numérica e o teste modal. Diante das discrepâncias, neste trabalho são escolhidos os parâmetros que apresentam maior grau de incerteza na modelagem e afetam significativamente as FRFs, tais como módulo de elasticidade e constantes de amortecimento para serem atualizados através do Algoritmo de Evolução Diferencial e também do Algoritmo de Abelhas, ambos utilizando dados teóricos e experimentais a fim de obter uma melhor correlação teórico-experimental. As frequências naturais, autovetores e FRFs teóricas e experimentais são comparadas antes e após o procedimento de model updating. Ambos os algoritmos retornaram a mesma função objetivo e os valores dos parâmetros de atualização encontrados pelos algoritmos são muito coerentes com a literatura. O modelo de placa atualizado apresentou alta correlação teórico-experimental em todo o intervalo de frequência analisado (0-1000 Hz), todavia, as ressonâncias e antirressonâncias do modelo atualizado apresentem-se mais amortecidas. Um estudo da influência do nível de ruído branco no desempenho dos algoritmos de atualização é apresentado, evidenciando a precisão e robustez dos métodos escolhidos em lidar com dados contaminados com ruído, o que é comum de se encontrar no levantamento experimental. Por fim, um estudo e aplicação de uma técnica de subestruturação baseada em FRFs é apresentado utilizando uma estrutura de viga de alumínio. Técnicas de acoplamento são bastante utilizadas para contornar a dificuldade de exercer medições experimentais em estruturas demasiadamente grandes. Através dessa técnica, a viga original é dividida em duas de comprimentos diferentes e a partir da resposta em frequência de cada subestrutura isolada, obtém-se a resposta da viga acoplada para todo o intervalo de frequência analisado (0-1200 Hz). Além disso, uma análise da influência do nível de ruído branco no desempenho da técnica também é realizada, destacando que o método escolhido é extremamente sensível. O procedimento de atualização de modelo apresentou excelentes resultados ao identificar os valores dos parâmetros, resultando em uma melhora significativa na correlação teórico-experimental tanto em frequência quanto em amplitude. Os polinômios das FRFs regenerados pelo método de Ewins-Gleeson representaram com acurácia as curvas experimentais. A técnica de subestruturação aplicada retornou predições satisfatórias da resposta da estrutura acoplada, principalmente na ausência de ruído branco.

Abstract: This research presents the dynamic study of an aluminium plate structure. The structure is modeled by finite element method and, in a theoretical analysis, the spatial, modal and response model are obtained. The experimental procedure is performed through a modal test using shaker in order to obtain experimental frequency response functions. Using Ewins-Gleeson parametric extraction method, eigenvalues and eigenvectors are experimentally obtained, as well as the polynomials that describe the experimental curves. Although the finite element method by itself is capable of modelling complex structures, when the matter is experimental measures there are some discrepancies between experimental and theoretical results. In this context, parameters that present a higher degree of uncertainty, such as elasticity modulus and damping constants are chosen to be updated by Differential Evolution Algorithm and Bees Algorithm, both methods using theoretical and experimental data. Theoretical and experimental natural frequencies, eigenvectors and FRFs are compared before and after the model updating procedure. Both algorithms returned the same objective function value and the results regarding the parameters were very consistent with the literature. The updated plate FEM model presented an improved behaviour across the entire analyzed frequency range (0-1000 Hz), although the ressonances are lightly more damped. A study regarding the influence of white noise level in the performance of the algorithms convergence is presented, enhancing the accuracy and robustness of the chosen methods to deal with noisy data, which is common in an experimental procedure. Furthermore, a substructuring technique based on FRFs is applied in an aluminium beam structure. The original beam is divided into two different components and the response of the coupled structure is obtained using the response of each substructure alone across the entire analyzed frequency range (0-1200 Hz). The model updating procedure presented excellent results, improving the plate dynamic behaviour both in frequency and amplitude. The polynomials regenerated from Ewins-Gleeson method accurately represented the experimental curves. The substructuring technique applied returned satisfactory predictions of the coupled structure response, mainly in absence of white noise.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_mecanica/20212201711082

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/54581

Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Yuri Andrade Dias Martins e Universidade Federal de Lavras

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