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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.18.2013.tde-26032013-104724
Documento
Autor
Nombre completo
Wellison José de Santana Gomes
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2013
Director
Tribunal
Beck, André Teófilo (Presidente)
Leonel, Edson Denner
Rochinha, Fernando Alves
Sagrilo, Luis Volnei Sudati
Trindade, Marcelo Areias
Título en portugués
Otimização de riscos sob processos aleatórios de corrosão e fadiga
Palabras clave en portugués
Confiabilidade estrutural
Otimização de risco
Otimização estrutural
Polinômios de caos
Resumen en portugués
Processos aleatórios de corrosão e fadiga reduzem lentamente a resistência de estruturas e componentes estruturais, provocando um aumento gradual nas probabilidades de falha. A gestão do risco de falha de componentes sujeitos a corrosão e/ou fadiga é feita através de políticas de inspeção, manutenção e substituição, atividades que implicam em custos, mas visam manter a confiabilidade em níveis aceitáveis, enquanto o componente permanecer em operação. Aparentemente, os objetivos economia e segurança competem entre si, no entanto, a redução de recursos para inspeção e manutenção pode levar a maiores e crescentes probabilidades de falha, implicando em maiores custos esperados de falha, ou seja, maior risco. A otimização de risco estrutural é uma formulação que permite equacionar este problema, através do chamado custo esperado total. Nesta Tese, a otimização de risco é utilizada no intuito de encontrar políticas ótimas de inspeção e manutenção, isto é, quantidades de recursos a serem alocadas nestas atividades que levem ao menor custo esperado total possível. Os processos de corrosão e fadiga são representados através de modelos em polinômios de caos, construídos de maneira inédita, com base em dados experimentais ou observados da literatura. Com base nestes modelos, os problemas de otimização de risco envolvendo processos de fadiga e corrosão são resolvidos para diferentes configurações de custos de falha e de inspeções. Verifica-se que as políticas ótimas de inspeção, manutenção e substituição podem ser bastante diferentes para configurações de custo distintas, e que a determinação destas políticas é bastante desafiadora, devido, dentre outros fatores, à grande quantidade de mínimos locais do problema de otimização em questão, causadas por descontinuidades e oscilações da função custo esperado total.
Título en inglés
Risk optimization under random corrosion and fatigue processes
Palabras clave en inglés
Polynomial chaos
Risk optimization
Structural optimization
Structural reliability
Resumen en inglés
Random corrosion and fatigue processes reduce slowly but gradually the resistance of structures and mechanical components, leading to gradual increase in failure probabilities. Risk management for mechanical components subject to corrosion and fatigue is made by means of policies of inspection, maintenance and substitution. These activities imply costs, but are made to maintain the reliability at acceptable levels, while the component remains in operation. Apparently, economy and safety are competing objectives; however, reduction in inspection and maintenance spending may lead to larger failure probabilities, increasing expected costs of failure (risk). Risk optimization allows one to solve this problem, by means of the so-called total expected cost. In this Thesis, risk optimization is used in order to find the best inspection and maintenance policy, i.e., the proper amount of resources to allocate to such activities in order to obtain minimum total expected cost. Corrosion and fatigue are modeled by means of polynomial chaos expansions, using a novel approach developed herein and experimental or observed data obtained from the literature. These models are employed within two risk optimization problems, solved for different failure and inspection cost configurations. Results show that the optimal policies of inspection, maintenance and replacements can be very different, for different cost configurations, and that the solution of the associated risk optimization problems is a very challenging task, due to the large number of local minima, caused by discontinuities and fluctuations in the total expected costs.
 
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Este documento es únicamente para usos privados enmarcados en actividades de investigación y docencia. No se autoriza su reproducción con finalidades de lucro. Esta reserva de derechos afecta tanto los datos del documento como a sus contenidos. En la utilización o cita de partes del documento es obligado indicar el nombre de la persona autora.
Fecha de Publicación
2013-03-28
 
ADVERTENCIA: El material descrito abajo se refiere a los trabajos derivados de esta tesis o disertación. El contenido de estos documentos es responsabilidad del autor de la tesis o disertación.
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  • Gomes, W. J. S., e BECK, A. T. Random Crack Propagation using Polynomial Chaos. In 11th International Conference on Structural Safety and Reliability - ICOSSAR, Nova York, 2013. Safety, Reliability Risk and Life-Cycle Performance of Structures and Infrastructures., 2013.
  • Gomes, W. J. S., e BECK, A. T. Structural Optimization under Uncertainties using Artificial Neural Network Surrogates. In 11th International Conference on Structural Safety and Reliability - ICOSSAR, Nova York, 2013. Safety, Reliability Risk and Life-Cycle Performance of Structures and Infrastructures., 2013.
  • Gomes, W.J.S., e BECK, A. T. Optimization of Transmission Line Steel Towers Under Random Wind Loads. In 10th World Conference on Computational Mechanics, São Paulo, 2012. Book of Abstracts: 10th World Congress on Computational Mechanics.São Paulo : Soma, 2012. Resumo.
  • Gomes, W.J.S., Silva Jr., C.R.A., e BECK, A. T. Modeling Random Corrosion Processes via Polynomial Chaos Expansion. In Uncertainties 2012: First International Symposium on Uncertainty Quantification and Stochastic Modeling, Maresias, São Sebastião, 2012. Proceedings of the 1st International Symposium on Uncertainty Quantification and Stochastic Modeling.São Carlos, SP : Editora Cubo, 2012.
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