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Type: Dissertação
Title: Uma análise comparativa do desempenho dos métodos Kernel Smoother e Monte Carlo aplicados a problemas de confiabilidade estrutural
Author: Silva, Clayton Felicio da
First Advisor: Barbosa, Flávio de Souza
Co-Advisor: Cury, Alexandre Abrahão
Referee Member: Ainsworth Junior, George Oliveira
Referee Member: Torii, André Jacomel
Resumo: Um dos grandes problemas que envolvem o dimensionamento de estruturas diz respeito às incertezas associadas às variáveis aleatórias (VA) implicadas no projeto estrutural. Ainda com considerações assertivas e rigoroso controle de qualidade, as estruturas ser expostas a incertezas oriundas do carregamento e/ou outros fenômenos não previstos. Neste contexto, a confiabilidade estrutural é uma importante ferramenta, pois permite mensurar a segurança através de indicadores como a probabilidade de falha (𝑃𝐹). Dentre as metodologias da confiabilidade estrutural, destacam-se métodos de transformação, como o First Order Reliability Method (FORM), e os métodos baseados em simulações, como Monte Carlo (MC), que estima a 𝑃𝐹 através da simulação das VA envolvidas. Alternativamente, a meta-modelagem, que descreve um modelo complexo por uma função analítica, vem evoluindo neste campo do conhecimento. O Kernel Smoother (KS) se mostra um meta-modelo pouco explorado e com potencial para aplicação em análise de estruturas. O presente trabalho visa estabelecer uma comparação entre diferentes métodos, (FORM, MC e KS) avaliando a precisão e os tempos computacionais desses métodos como indicadores de desempenho. Além do MC com contagem simples de cenários, foram empregadas duas técnicas de redução de variância, a saber: Importance Sampling (IS) e Hipercubo Latino (LHS), como uma alternativa para aumentar a eficiência do MC. Com a análise proposta, o trabalho conclui que o MC foi o método que demandou menor tempo mas se mostrou ineficaz em problemas com 𝑃𝐹 de ordem de grandeza relativamente baixa. Conclui-se ainda, que o IS e o LHS se mostraram mais precisos ao aproximar 𝑃𝐹 pequenas com amostras menores. Esses dois foram, também, os métodos que demandaram os maiores tempos computacionais.
Abstract: A great problem on the structural design field are the uncertainties associated to random variables (RV) present on the project equations. Also, with assertive considerations and a strict quality control, the structures can be exposed to uncertainties from the load and others unexpected phenomena. In that context, the structural reliability is one important tool to measure safety through indicators, such as probability of failure (𝑃𝐹). Among the structural reliability methodologies, stand out the transformation methods, such as the First Order Reliability Method (FORM) and the simulation-based methods, such as Monte Carlo (MC), that estimate the 𝑃𝐹 by simulating observations of the involved RV’s. Alternatively, the surrogate-models, which describes a complex model by one analytical function, are evolving in this knowledge field. Kernel Smoother (KS) is a meta-model that isn’t much explored for structural reliability analysis. This work aims to stablish a comparison between different methods, (FOMR, MC and KS) evaluating the precision and computational timing of those methods as performance indicators. Aside from the crude MC, two variance-reduction techniques: Importance Sampling (IS) e Latin Hipercube Sampling (LHS), as a alternative to increase MC efficacy. With the proposed analysis, this work concludes that the MC was the method that demanded less time and computational efforts, however it showed inefficient on problems with relatively low 𝑃𝐹 magnitude. It presents, yet again, that the IS and the LHS methods showed themselves as being more precisely accurate when approximating lower 𝑃𝐹 with lower samples, although those were the methods that demanded more computational efforts and time.
Keywords: Confiabilidade estrutural
Simulações
Modelagem estatística
Meta-modelagem
Redução de variância
Structural reliability
Simulations
Stochastic modeling
Surrogate model
Variance reduction
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PEC)
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00193
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14519
Issue Date: 18-Aug-2022
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Civil (Dissertações)



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