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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2021.tde-04102021-171104
Documento
Autor
Nombre completo
Vinícius Moura Giglio
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2021
Director
Tribunal
Haach, Vladimir Guilherme (Presidente)
Perlin, Lourenço Panosso
Silva, Maria Cecilia Amorim Teixeira da
Título en portugués
Aplicação de algoritmos bioinspirados na definição da trajetória ótima de pulsos ultrassônicos em elementos de concreto
Palabras clave en portugués
algoritmos genéticos
colônias de formigas
concreto
ensaios não destrutivos
tomografia
ultrassom
Resumen en portugués
O ensaio de ultrassom tem se mostrado muito eficiente na detecção de heterogeneidades em estruturas e consiste na alocação de transdutores piezoelétricos em um elemento estrutural, que geram pulsos. Com as medições de tempo de viagem dos pulsos e as posições dos transdutores, calcula-se a velocidade dos pulsos. Aliando o ensaio à técnica de tomografia computadorizada, é possível gerar imagens do mapa de velocidades do pulso em seções da estrutura. À partir da comparação das velocidades, é possível identificar heterogeneidades. No entanto, para calcular as velocidades, é necessário que se assuma uma hipótese a respeito da trajetória seguida pelo pulso, geralmente suposta retilínea. O presente trabalho objetiva abandonar esta hipótese, determinando as trajetórias dos pulsos com a utilização de algoritmos determinísticos (Dijkstra e A*) e bioinspirados (algoritmos genéticos e otimização por colônia de formigas). Os algoritmos foram implementados no software de geração de imagens em estruturas TUSom e testados em duas seções de concreto com defeitos simulados. Os resultados permitiram classificar os algoritmos de acordo com a qualidade das soluções e tempo de processamento. As novas trajetórias indicaram um comportamento mais fiel à realidade, em que os pulsos desviaram das heterogeneidades. Assim, pode-se afirmar que o mapeamento foi bem-sucedido. Com relação aos melhores algoritmos, em ordem decrescente de qualidade, obtiveram-se: Dijkstra v2 (nova implementação), A*, ACS, GA e Dijkstra v1 (implementação inicial). Portanto, o algoritmo Dijkstra v2 será implementado como a alternativa padrão para resolução do problema das trajetórias no software TUSom. Comparando o pior e o melhor algoritmo no exemplo 2, mais complexo, os tempos de processamento diminuíram de cerca 18 horas para menos de 20 minutos. Apesar dos algoritmos bioinspirados não apresentarem os melhores desempenhos, como era esperado, se mostraram alternativas com potencial, especialmente o ACS.
Título en inglés
Application of bioinspired algorithms in the determination of ultrassonic wave optimal paths in concrete elements
Palabras clave en inglés
ant colony optimization
concrete
genetic algorithms
nondestructive tests
tomography
ultrasound
Resumen en inglés
The ultrasonic pulse velocity test (UPV) has shown consistent results in integrity monitoring of structures. The test equipment consists in a set of two piezoeletric transducers that generate stress waves and measure the pulse travel time inside the structure. With travel time and the distance between transducers it is possible to compute the ultrassonic pulse velocity. Combining UPV and computerized tomography it is feasible to create velocity maps of the structure cross-sections and find defects. However, to determine the ultrasonic pulse velocity it is necessary to assume a hypothesis about the wave paths, usually considered as straight lines. This work intends to abandon this idea and to determine the ultrasonic wave paths using deterministic (Dijkstra and A*) and bioinspired algorithms (genetic algorithms and ant colony optimization). To reach this goal, the algorithms were implemented in the software of tomographic imaging in structures TUSom and tested in two concrete cross-sections with simulated defects. The results allowed to classify the best algorithm according with two criterias: solution quality and processing time. The pulses dodged the simulated defects, which indicates that the new wave paths represented a more realistic behavior. Thus, it is possible to say that the wave path mapping was successful. In the end, Dijkstra v2 (new implementation) was the best algorithm, followed by A*, ACS, GA and Dijkstra v1 (old implementation). Therefore, the Dijkstra v2 algorithm will be implemented as the standard procedure to determine the ultrasonic wave paths in TUSom software. Comparing the worst and the best algorithms, the processing time dropped from about from 5 hours and 30 minutes to less than 10 minutes in the first example and from approximately 18 hours to less than 20 minutes in the second example. Contrary to expectations, the bioinspired algorithms did not present the best performances. Despite that, they arise as alternatives with great potential, especially the ACS algorithm.
 
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Fecha de Publicación
2021-10-14
 
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