Development of methodologies for numerical model updating based on experimental data

Abstract

The goal of this dissertation is to develop finite element (FE) model updating techniques that are supported by structural dynamic responses in order to precisely predict the mechanical properties of a system and to improve the system’s FE model. On the basis of the response surface method, two model updating techniques are created: model updating with natural frequencies and model updating with FRF data. From several case studies where synthetic data was utilized as the basis for model updating, it was feasible to draw the conclusion that model updating with natural frequencies yielded poor results whereas model updating using FRF data provided some fairly positive results. When the Young’s modulus is included in the input parameters with the thicknesses, both forms of model updating produced unsatisfactory results. Experiment data was utilized as a basis for model updating to completely explore model updating with FRF data, providing good results for a simpler geometry but less-than-ideal results for a complex geometry. Nevertheless, this new technique has the potential to produce useful results, enabling Digital Twin approaches supported by structural dynamic responses.

O objetivo desta dissertação é desenvolver técnicas de atualização de modelos numéricos com base em respostas dinâmicas estruturais para prever com precisão as propriedades mecânicas de um sistema e melhorar o modelo de elementos finitos deste sistema. Com base num método denominado de superfície de resposta, duas técnicas de atualização de modelos numéricos são criadas: atualização de modelo com frequências naturais e atualização de modelo com dados de FRFs. A partir de vários casos de estudo em que dados sintéticos foram utilizados como base para a atualização de modelos numéricos, foi possível concluir que a atualização do modelo com frequências naturais produziu maus resultados, enquanto a atualização de modelos numéricos com dados de FRFs gerou resultados bastante positivos. Quando o módulo de Young é incluído nos parâmetros de entrada com as espessuras, ambas as formas de atualização de modelos numéricos geraram resultados insatisfatórios. Dados experimentais foram utilizados como base para a atualização de modelos numéricos para explorar completamente a atualização de modelos numéricos com dados de FRFs, gerando bons resultados para uma geometria mais simples, mas resultados piores para uma geometria complexa. No entanto, esta nova técnica tem potencial para produzir resultados úteis, permitindo abordagens de Gémeos Digitais com base em respostas dinâmicas estruturais.