Dissertação

{en_GB=Development of methods for material properties identification in composite structures} {} EVALUATED

{pt=Esta tese de mestrado propõe um método não destrutivo para a identificação de propriedades de materiais compósitos utilizando softwares comerciais, nomeadamente ANSYS® e MATLAB®. O método proposto tira partido das capacidades de simulação do ANSYS®, usando ANSYS® Parametric Design Languague (APDL), para a realização de análises modais e extrair frequências naturais dos espécimes. O ANSYS® e o MATLAB® são integrados para resolverem os vários problemas de otimização. Os problemas de otimização propostos têm como variáveis de design as constantes elásticas do material e usam algoritmos de otimização meta heurísticos inspirados na Natureza. Estes avaliam uma função objetivo, cujo intuito é relacionar frequências naturais experimentais, extraídas de alguns estudos realizados por outros autores, com frequências naturais obtidas computacionalmente, e sem necessidade do cálculo de derivadas. Os algoritmos meta-heurísticos de otimização inspirados na Natureza testados foram o Genetic Algorithm, o Particle Swarm Optimisation Algorithm, o Grey Wolf Optimisation Algorithm, o Firefly Algorithm e o Cuckoo Search Algorithm. As diferentes populações de agentes de pesquisa gerados pelos algoritmos percorrem o espaço de procura de modo a localizarem o mínimo global da função, independentemente da distribuição da população no espaço de pesquisa. O método proposto é aplicado a vários espécimes de diferentes materiais, quer eles sejam construídos com fibras sintéticas, como fibras de vidro, ou fibras naturais, como fibras de madeira e contraplacado. Em suma, este método demonstrou obter as constantes elásticas dos materiais dentro num intervalo aceitável quando comparado com métodos alternativos, desde que sejam medidas com precisão e fornecidas frequências naturais suficientes., en=This master thesis proposes a non-destructive method for the identification of material properties of composite materials. This method takes advantage of the simulation capabilities of ANSYS® software, using ANSYS® Parametric Design Language (APDL) to perform modal analyses and extract natural frequencies of the specimens. ANSYS® and MATLAB® are integrated to solve several optimisation problems. The proposed optimisation problems have for design variables the material elastic constants and make use of Nature-inspired metaheuristic optimisation algorithms to evaluate an objective function using a derivative-free method. These objective functions relate experimental natural frequencies, which are extracted from numerous studies carried out in the past by other authors, with computationally obtained ones. The Nature-inspired metaheuristic optimisation algorithms tested are the Genetic algorithm, the Particle Swarm Optimisation algorithm, the Grey Wolf Optimisation algorithm, the Firefly Algorithm and Cuckoo Search algorithm. The different search agents population generated by the algorithms search the available space looking for the global minimum of the objective function, independently of the initial population position in the search space. The proposed method is applied to several specimens of different materials either they are constructed with synthetic fibres, such as glass fibres, or natural fibres, such as wood fibres and plywood. This method proved to obtain the material elastic constants within an acceptable range, compared to other methods, provided that enough natural frequencies are accurately measured and provided.}
{pt=Materiais compósitos, Compósitos verdes, Propriedades dos materiais, Constantes elásticas, Otimização inspirada na Natureza, en=Composite Materials, Green composites, Material Properties, Elastic constants, Nature-inspired optimisation}

janeiro 18, 2021, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

José Viriato Araújo dos Santos

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar