Identificação de danos em painéis metálicos baseada em vibrações em conjunto com algoritmos de machine learning

dc.contributor.advisor-co1Franco, Vitor Ramos
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4590258470207467
dc.contributor.advisor1Malavolta, Alexandre Tácito
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8477313173581967
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1184-5538
dc.contributor.authorVieira, Bruno Zanelli
dc.date.accessioned2026-01-27T13:37:12Z
dc.date.issued2025-12-08
dc.description.abstractStructural damage monitoring in civil and mechanical structures is essential to ensure safety and functionality throughout their service life, a process known as Structural Health Monitoring (SHM). SHM employs sensors, monitoring techniques, and analysis algorithms to detect damage, fatigue, and degradation. Among experimental approaches, vibration-based SHM stands out for correlating modal and physical parameters to monitor structures using sensors such as piezoelectric patches. In recent years, Machine Learning (ML) has increasingly been applied to enhance damage detection and prognosis in SHM, demonstrating strong potential to improve efficiency and accuracy. This work aims to employ vibration-based SHM and supervised ML algorithms to identify damage in metallic panels, using an experimental setup with a metallic plate. In its initial undamaged configuration, the plate was tested, and its Frequency Response Function (FRF) was experimentally obtained through impact hammer testing and piezoelectric sensors. A finite element model of the plate was then developed and calibrated using the experimental data, enabling simulations to generate new numerical FRFs under different damage scenarios. The results from this model were used to build databases for training supervised ML classification algorithms. In the validation stage, the models demonstrated the ability to detect and locate damage, with accuracies ranging from 30% to 60% for identifying the damaged zone and from 40% to 80% for classifying damage intensity, with the best performance observed for the SVM and for datasets constructed using the RMSD index. Thus, the project enabled the development of a damage detection methodology that integrates experimental data, computational modeling, and ML algorithms, highlighting the potential of this approach for SHM applications.eng
dc.description.resumoO monitoramento de danos em estruturas civis e mecânicas é essencial para garantir a segurança e a funcionalidade ao longo de sua vida útil, processo conhecido como Monitoramento da Integridade Estrutural (SHM). O SHM utiliza sensores, técnicas de monitoramento e algoritmos de análise para detectar danos, fadiga e degradação. Entre as técnicas experimentais, destaca-se o SHM baseado em vibrações, que correlaciona parâmetros modais e físicos para monitorar estruturas por meio de sensores como pastilhas piezoelétricas. Nos últimos anos, a aprendizagem de máquina (Machine Learning — ML) passou a ser empregada para aprimorar a detecção e o prognóstico de danos estruturais no SHM, demonstrando grande potencial para melhorar a eficiência e a precisão. Este trabalho tem como objetivo utilizar SHM baseado em vibrações e algoritmos supervisionados de ML para identificar danos em painéis metálicos, empregando um setup experimental com uma placa metálica. A placa, em sua configuração inicial sem danos, foi testada, e sua função resposta em frequência (FRF) foi coletada experimentalmente por meio de teste via martelo de impacto e pastilhas piezoelétricas utilizadas como sensores. Em seguida, um modelo em elementos finitos da placa foi desenvolvido e ajustado com os dados experimentais, de modo que simulações para a geração de novas FRFs numéricas puderam ser realizadas, considerando diferentes danos na estrutura. Os resultados do modelo serviram como base de dados para alimentar e treinar algoritmos supervisionados de classificação de Machine Learning. Na etapa de validação, os modelos apresentaram capacidade de detecção e localização do dano, com acurácias entre 30% e 60% para a identificação da zona afetada e entre 40% e 80% para a classificação da intensidade do dano, com destaque para o SVM e para as bases construídas com o índice RMSD. Dessa forma, o projeto permitiu desenvolver uma metodologia de detecção de danos que integra dados experimentais, modelos computacionais e algoritmos de ML, evidenciando o potencial dessa abordagem para aplicações em SHM.por
dc.identifier.citationVIEIRA, Bruno Zanelli. Identificação de danos em painéis metálicos baseada em vibrações em conjunto com algoritmos de machine learning. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23478.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23478
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia Mecânica - EMec
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectMonitoramento da integridade estruturalpor
dc.subjectModelo de elementos finitospor
dc.subjectStructural health monitoringeng
dc.subjectMachine learningeng
dc.subjectFinite element methodeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleIdentificação de danos em painéis metálicos baseada em vibrações em conjunto com algoritmos de machine learningpor
dc.title.alternativeVibration-based damage identification in metallic panels using machine learning algorithmseng
dc.typeTCC

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