Modelagem de sinais vibracionais por sensores virtuais baseados em LSTM para análise modal
| dc.contributor.advisor1 | Fagundes Neto, Marlipe Garcia | |
| dc.contributor.referee1 | Fagundes Neto, Marlipe Garcia | |
| dc.contributor.referee1 | Colherinhas, Gino Bertollucci | |
| dc.contributor.referee1 | Cardoso, Alisson Assis | |
| dc.creator | Vieira, Marcos Aurélio Nunes | |
| dc.date.accessioned | 2026-08-20T18:00:07Z | |
| dc.date.available | 2026-08-20T18:00:07Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-01 | |
| dc.description.abstract | Structural monitoring based on vibration signals has become a relevant tool for tracking the integrity of structures subjected to different operational loads, mainly in situations where the instrumentation of physical sensors becomes limited by several factors. In this context, virtual sensors act as a complementary alternative to traditional monitoring, allowing responses in regions without instrumentation to be estimated from known variables. Furthermore, for applications in modal analysis, it is not enough for the predicted signal to present only low statistical error indexes, it is also necessary for the estimated signal to preserve the modal characteristics of the structure, such as natural frequencies, damping and mode shapes. Therefore, this work aimed to evaluate the performance of different configurations of LSTM neural networks in the construction of virtual sensors for modeling vibration signals of a cantilever beam. The research was developed based on signals collected in a wind tunnel at velocities of 5 m/s and 10 m/s, in which a beam was instrumented with five accelerometers, with sensors A1 and A5 used as network inputs and sensors A2, A3 and A4 used as scanning points to be estimated. Three LSTM configurations were evaluated, varying the size of the temporal window, the number of neurons and the dropout rate, while the comparison was carried out using statistical metrics, considering MAE and RMSE. Then, the signals predicted by the best configuration were evaluated using the SSI and FDD methods and the Modal Assurance Criterion (MAC). The results showed that configuration C2, designed with a temporal window of 256 points, 64 neurons per layer and dropout of 0.2, presented the best overall performance, indicating that the simple increase in the temporal window contributed more effectively to the estimation of the signals than the increase in network complexity. In the modal analysis, the virtual signals maintained the modal characteristics, presenting low values of relative frequency error and damping ratios. In addition, MAC values equal to 1.00 on the main diagonal indicated a strong correspondence between the real and virtual mode shapes. Thus, the results allow concluding that the virtual sensors based on LSTM networks presented satisfactory performance in the modeling of vibration signals, as well as potential for applications in Operational Modal Analysis. | |
| dc.description.resumo | O monitoramento estrutural baseado em sinais vibracionais tem se tornado uma ferramenta relevante no acompanhamento da integridade de estruturas submetidas a diversos carregamentos operacionais, principalmente em situações onde a instrumentação de sensores fisicos se torna limitada por diversos fatores. Nesse contexto, os sensores virtuais atuam como uma alternativa complementar ao monitoramento tradicional, permitindo estimar respostas em regiões não instrumentadas a partir de variáveis conhecidas. Ademais, para aplicações em análise modal, não basta que o sinal previsto apresente apenas baixos índices de erro estatístico, também é necessário que o sinal estimado conserve as características modais da estrutura, como frequências naturais, amortecimento e formas modais. Diante disso, este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de diferentes configurações de redes neurais LSTM na construção de sensores virtuais para modelagem de sinais vibracionais de uma viga engastada-livre. A pesquisa foi desenvolvida com base em sinais coletados em túnel de vento nas velocidades de 5 m/s e 10 m/s, no qual uma viga foi instrumentada com cinco acelerômetros, sendo os sensores A1 e A5 utilizados como entradas da rede e os sensores A2, A3 e A4 como pontos de varredura a serem estimados. Foram avaliadas três configurações de LSTM, variando o tamanho da janela temporal, número de neurônios e na taxa de dropout, onde a comparação foi realizada por métricas estatísticas, considerando MAE e RMSE. Em seguida, os sinais previstos pela melhor configuração foram avaliados utilizando os métodos SSI, FDD e pelo Critério de Garantia Modal (MAC). Os resultados mostraram que a configuração C2, arquitetada com janela temporal de 256 pontos, 64 neurônios por camada e dropout em 0,2, apresentou o melhor desempenho global, indicando que o simples aumento da janela temporal contribuiu de forma mais efetiva com a estimativa dos sinais do que o aumento da complexidade da rede. Na análise modal, os sinais virtuais mantiveram as características modais, apresentando baixos valores de erro relativo em frequência e taxas de amortecimento. Além disso, os valores de MAC igual a 1,00 na diagonal principal indicaram forte correspondência entre as formas modais reais e virtuais. Dessa forma, os resultados permitem concluir que os sensores virtuais baseados em redes LSTM apresentaram desempenho satisfatório na modelagem dos sinais vibracionais além do potencial para aplicações em Análise Modal Operacional. | |
| dc.identifier.citation | VIEIRA, Marcos Aurélio Nunes. Modelagem de sinais vibracionais por sensores virtuais baseados em LSTM para análise modal. 2026. 61 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2026. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.bc.ufg.br//handle/ri/31425 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de Goiás | |
| dc.publisher.country | Brasil | |
| dc.publisher.course | Engenharia Mecânica (RMG) | |
| dc.publisher.department | Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG) | |
| dc.publisher.initials | UFG | |
| dc.rights | Acesso Aberto | |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Sensores virtuais | |
| dc.subject | Sinais vibracionais | |
| dc.subject | Análise modal operacional | |
| dc.subject | Redes neurais recorrentes | |
| dc.subject | Virtual sensors | |
| dc.subject | Vibration signals | |
| dc.subject | Operational modal analysis | |
| dc.subject | Recurrent neural networks | |
| dc.title | Modelagem de sinais vibracionais por sensores virtuais baseados em LSTM para análise modal | |
| dc.type | Trabalho de conclusão de curso de graduação (TCCG) |
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