QUERO-QUERO CIÊNCIA - Identificação de danos em estruturas: o uso da Matemática e da Computação Científica na busca de soluções em áreas da Engenharia

Quando nos perguntamos por qual razão estudamos matemática durante o curso da vida escolar, pensamos logo no seu uso do dia a dia. Lembramos das contas, das despesas no mercado, da compra de roupas, o quanto podemos gastar e guardar para os projetos de médio e longo prazo.

O uso da matemática está exatamente aí, mas também está relacionado com muitas outras áreas do conhecimento, como por exemplo, a Computação Científica, a Engenharia, a Arquitetura, dentre outras.

Diversos(as) pesquisadores(as) dedicam-se na busca de soluções para resolver problemas simples e complexos, tais como  na identificação de danos em estruturas de placas com base no método da derivada topológica

Está bem. Mas, o que significa exatamente “identificação de danos em estruturas de placas com base no método da derivada topológica”

Bem, de acordo com o estudo dos autores do artigo Identificação de danos  em estruturas de placas com base no método de derivação topológica (em inglês: Damage identification inplate structures based on the topological derivative method) que vamos conhecer mais a respeito, “a identificação de danos em sua fase inicial é de suma importância em muitos problemas físicos e de engenharia. O processo de dano em estruturas pode ser catastrófico, uma vez que fica fora de controle, podendo levar a estrutura à falha ou mesmo ao colapso total. Assim, o monitoramento contínuo da estrutura com foco na identificação de danos em fase inicial promove importantes benefícios, como segurança para quem dela depende, redução do custo de manutenção e aumento da vida útil da estrutura.”

A equipe do Serviço de Comunicação Institucional do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)  foi conversar com a pesquisadora Andressa Machado Silva, aluna do doutorado do Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional (PPG-LNCC) que participou do estudo sobre o assunto junto com o pesquisador Antonio André Novotny do Grupo de Pesquisa em Análise de Sensibilidade Topológica (LNCC).

Vem com a gente!

• Pode nos contar sobre a  pesquisa realizada e no âmbito de qual projeto do LNCC foi formulada?

O principal objetivo da pesquisa desenvolvida com orientação do Pesquisador André Novotny (LNCC) é realizar a identificação e reconstrução de danos em estruturas de placas. Em nossa pesquisa, utilizamos o método da derivada topológica que tem ampla aplicação na literatura e é extremamente útil no tratamento de uma vasta classe de problemas.  No Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC) o pesquisador André Novotny coordena o grupo de Análise de Sensibilidade Topológica ao qual estou vinculada, o grupo possui uma gama de trabalhos publicados em periódicos de referência e pesquisas muito importantes sendo desenvolvidas em diferentes áreas.  Nos últimos anos tenho me dedicado à área de identificação de danos estruturais, então o Professor Novotny, que possui uma vasta experiência e conhecimento em métodos para estruturas de engenharia, propôs trabalharmos com identificação de danos utilizando o método de derivada topológica.

• Como é feita a pesquisa?

Nós realizamos a modelagem computacional dessa estrutura no software matemático MATLAB. Os problemas diretos e adjuntos associados aos devidos modelos são resolvidos numericamente utilizando o método de elementos finitos. Nesta pesquisa consideramos que o dano é representado por uma variação na espessura da placa, que é dada por uma função constante por partes distribuída em uma pequena região. Para deixarmos o experimento computacional mais realístico consideramos que os dados são corrompidos por ruídos. Em resumo, nós trabalhamos com um problema de otimização topológica. O procedimento pode ser descrito como: calculamos os deslocamentos em pontos do domínio da placa, consideramos os deslocamentos já medidos e o mais importante, calculamos a derivada topológica pontualmente no domínio da placa, por fim, realizamos a plotagem deste campo da derivada topológica, a presença do dano é indicada nos pontos que a derivada topológica possui valor mais negativo. Aproveito para indicar o site do pesquisador André Novotny  https://novotny.lncc.br/, onde é possível encontrar protótipos em MATLAB, livros publicados sobre Análise de Sensibilidade Topológica, assim como relevantes publicações.

• Qual é a importância da Pesquisa?

A identificação da falha estrutural em estágio inicial, assim como o monitoramento contínuo da estrutura é de grande importância para evitar a ocorrência de eventos catastróficos. Como já mencionado, outros benefícios são: a redução do custo de manutenção que promove ganhos financeiros, aumento da vida útil e o principal: maior segurança dos indivíduos que utilizam a estrutura. Logo, é de grande importância o estudo de métodos que identifiquem essas falhas. A modelagem computacional permite a construção de um modelo de estrutura danificada para testarmos nosso método, assim podemos comprovar por meio de resultados computacionais a aplicabilidade e eficiência do modelo e método.

• Quais são os desafios encontrados no seu estudo?

Bom, no estudo de identificação de danos em modelos de placas o método foi capaz de localizar com eficiência a região que o dano estava localizado. Em um segundo estudo criamos um modelo para reconstrução de falhas micro-sísmica em placas, o método foi capaz de reconstruir a falha com grande eficiência, ainda verificamos neste estudo a robustez do método da derivada topológica a introdução de ruídos. Nosso próximo desafio é trabalhar com sólidos elásticos tridimensionais e realizar a validação do nosso modelo de reconstrução de micro-falhas em placas.

• Faltam profissionais na sua área de estudo? O que poderia ser dito aos jovens como estímulo para ingresso na área da ciência?

Considero que deveria ter mais profissionais, porém, é importante ressaltar que a produção científica na área, desenvolvida por diversos profissionais é bem sólida e rica em inovações e conhecimento. Bom, aos jovens posso contar resumidamente minha história na carreira científica. Iniciei na pesquisa em um projeto de pré-iniciação científica destinado a alunos do ensino médio de escolas públicas, foram dois anos de muito aprendizado que me deram impulso para sonhar em ser cientista. Atualmente, quase dez anos depois, estou realizando pesquisa em um programa avaliado como nota máxima na Capes, de referência na área de modelagem computacional. A ciência é a porta e a chave do conhecimento, são os estudos científicos que promovem melhorias na sociedade, e é muito importante a participação de jovens na construção de um futuro melhor. Posso afirmar, por vivência, que é fundamental projetos que estimulam jovens a ingressarem na carreira científica, também, é essencial que as instituições promovam iniciativas para aumentar a inclusão e diversidade em seus programas.

Para conhecer mais sobre o estudo: https://rdcu.be/cDtVk

Créditos
Anmily Paula Martins (SECIN-LNCC) com a participação de Andressa Machado Silva (PPG-LNCC)  e colaboração de Graziele Soares(SECIN-LNCC) e Tathiana Tapajós (SECIN-LNCC)

O Quero-Quero Ciência é um ciclo de entrevistas que faz parte das ações de divulgação científica do LNCC

Curiosidade: O pássaro Quero-Quero , ave da família dos Charadriidae,  tem os gramados do campus do LNCC como habitat natural

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