IDENTIFICAÇÃO DE DANOS EM ELEMENTOS ESTRUTURAIS LINEARES UTILIZANDO METODOLOGIAS DE MODELO HÍBRIDO BASEADO NA FÍSICA E ORIENTADO A DADOS, MACHINE LEARNING E DIGITAL TWIN
Machine learning, digital twin, modelo híbrido, dinâmica das estruturas, identificação de dano.
Este trabalho apresenta um novo framework de 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 learning 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 com dano e sem 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 DT foi avaliado em diferentes configurações de aplicações, demonstrando a potencial contribuição para o estabelecimento de sistemas SHM. O Support Vector Machine foi o classificador que apresentou melhor desempenho, com precisão de 93,97% 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. No entanto, foi constatado que identificar dano em estruturas hiperestáticas é mais desafiador. A identificação de dano em vigas, considerando a vibração transversal, se mostrou promissora, com precisão de 84,31%, para o classificador Support Vector Machine usando recurso de deslocamento, e 99,98% para o classificador Análise Discriminante Quadrática usando recursos de deslocamento e aceleração.