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Núcleo de Mecânica Computacional

NÚCLEO DE MECÂNICA COMPUTACIONAL (NUMEC)

Ver no Diretório de Grupos da CNPq Pesquisa Em Atividade

Contato:

carlos.souza@ufsm.br

Projetos

Pesquisa

O presente projeto busca implementar técnicas de aprendizado de máquina para realização de prognóstico de falhas em estruturas e equipamentos que operam dinamicamente. Modelos numéricos computacionais das estruturas serão desenvolvidos, buscando realizar a simulação no tempo considerando incertezas de operação e de características construtivas. A seguir, defeitos progressivos serão adicionados aos modelos, até uma situação de iminência de falha. Técnicas de aprendizado de máquina (AM) serão empregadas para tentar prever crescimento dos defeitos. Diferentes técnicas serão avaliadas em relação à sua eficácia, além das melhores estratégias de implementação e emprego. O projeto deve gerar códigos computacionais que poderão ser agregados a equipamentos reais, com o intuito de evitar paradas de manutenção preventiva e diminuir custos totais de operação dos equipamentos estudados.
O objetivo geral do presente projeto consiste em investigar o desempenho de técnicas de aprendizado de máquina na realização de prognóstico de falhas em equipamentos e estruturas operando com comportamento dinâmico. Para tal, os seguintes objetivos específicos são estabelecidos: (a) realizar uma revisão bibliográfica buscando identificar o estado da arte nessa área ; (b) definir um modelo básico de estudo e preparar um modelo numérico do mesmo; (c) realizar a simulação no tempo do equipamento sem e com falhas, sob condições variáveis que incluam incertezas; (d) implementar procedimentos de pós-processamento de sinal; (e) testar o desempenho de diferentes técnicas de AM; (f) aplicar a metodologia a casos mais complexos e próximos de problemas reais; (g) publicar os resultados parciais e globais do projeto em congressos internacionais e em revistas científicas especializadas.
Coordenador do projeto: prof. Carlos E. de Souza

A aeroelasticidade é uma disciplina que estuda os efeitos de forças de diferentes naturezas atuando em estruturas sujeitas a escoamentos aerodinâmicos, com aplicação direta no estudo de aeronaves e aerogeradores, mas também empregada em projeto de foguetes, veículos automotores e estruturas civis, como pontes e torres. Em aviação e energia eólica, a avaliação de características aeroelásticas em etapas de projeto iniciais tem se tornado cada vez mais necessária devido à busca por eficiência estrutural e diminuição de peso. Além disso, ao buscar o aumento da eficiência operaciona, muitos estudos consideram a implementação de geometria variável para adaptar a diferentes condições de operação. É necessário desenvolver técnicas de análise e de otimização aplicadas a estruturas flexíveis e que levem em consideração essas diferentes condições e também a variação da geometria, as quais muitas vezes levam a projetos antagônicos. Deseja-se então estudar estratégias de otimização aeroelástica em que análises de estabilidade ou análises de resposta no tempo sejam utilizadas para avaliar o comportamento estrutural não-linear. O carregamento aerodinâmico deve ser calculado considerando métodos potenciais não-estacionários. Os modelos estruturais serão do tipo placa-plana e estruturas mais complexas, modelando asas com componentes internos como nervuras, e superfícies de controle, através do método dos elementos finitos em formulação não-linear. As técnicas de otimização a serem desenvolvidas devem levar em consideração o acoplamento entre modelos e a variação nos indicadores de segurança de operação da estrutura, como tensões limites, deslocamentos máximos, velocidade de surgimento de divergência e flutter ou surgimento de oscilação de ciclo limite. Como resultado final do presente projeto espera-se dispor de técnicas eficientes e validadas de otimização aeroelástica, passíveis de serem empregadas no projeto de aeronaves e aerogeradores contemplando partes com geometria variável.

Orientação ótima para placa plana com duas camadas
Mapa de variáveis de projeto e velocidade de instabilidade aeroelástica

Coordenador do projeto: prof. Carlos E. de Souza

Desde tempos remotos, as estruturas e os métodos construtivos vêm sofrendo transformações paralelas à evolução das sociedades, demandando a construção de estruturas cada vez mais complexas e mais resistentes. Para atingir tais demandas, o campo da engenharia vem se desenvolvendo exponencialmente, buscando encontrar modelos que se adequem às necessidades do projeto e otimizando, ao mesmo tempo, seu custo-benefício. Existe também uma forte competição tecnológica a qual requer redução de tempos de análise, com maior funcionalidade e qualidade dos resultados. Métodos computacionais de simulação auxiliam na representação do comportamento mecânico-estrutural de sistemas, permitindo aos engenheiros avaliar o desempenho dos projetos ainda no estágio de concepção, reduzindo significativamente custos envolvidos na execução de protótipos \citep{rodriguez15}. Os métodos numéricos surgem como uma boa alternativa, dentre estes, o Método dos Elementos Finitos (MEF) aparece como uma ferramenta precisa e confiável para a análise estrutural. Desenvolvido nas últimas décadas, o MEF tem-se destacado devido sua fácil aplicação e grande eficiência, dessa forma, tornou-se bastante utilizado devido a seu grande potencial multidisciplinar. Estes métodos em conjunto com a otimização estrutural ajudam no desenvolvimento de estruturas ótimas, sendo de grande aplicação em diversas áreas como o projeto mecânico, a construção civil, a indústria automobilística e a aeroespacial, entre outras. Existem vários tipos de otimização; podendo mencionar alguns como, dimensional ou paramétrica, geométrica ou de forma e topológica. Estes métodos de otimização, a sua vez, podem seguir um procedimento determinístico ou probabilístico para a avaliação da função a ser otimizada (função objetivo). O presente projeto visa o estudo e aplicação de diversos métodos de otimização topológica evolucionária. Diversas funções objetivo serão estudadas, como, minimização do peso total da estrutura, minimização de tensões máximas, minimização dos deslocamentos totais da estrutura, entre outros. Diversos estudos de caso serão analisados para comprovar a aplicabilidade das metodologias propostas. Os resultados serão publicados em eventos científicos, assim como, serão parte do desenvolvimento de trabalhos de conclusão de curso e iniciação científica de discentes vinculados ao Centro de Tecnologia da UFSM.

 

 

Coordenador do projeto: prof. Rene Quispe Rodriguez