Identificación de impactos en una estructura tridimensional utilizando autoencoders y una aproximación lineal del principio de máxima entropía

Abstract

En general los sistemas con recubrimientos expuestos a impactos son incapaces de detectar problemas en tiempo real y con precisión. La motivación de este trabajo es avanzar en diseñar estructuras que reconozcan las alteraciones que reciban del medio. Una forma de monitorear la integridad de estos sistemas es mediante el desarrollo de algoritmos de detección de impactos basados en la respuesta vibratoria del sistema a alteraciones de tipo impacto. En este contexto se propone utilizar autoencoders (AE). Los AE son un tipo de red neuronal que permite extraer la información más significativa de datos con múltiples variables. Con esto, la estructura puede aprender de los impactos que recibe para reconocer eficientemente los impactos futuros. El objetivo de este trabajo es desarrollar un sistema de identificación de la ubicación y magnitud de impactos recibidos por una estructura. Se elije trabajar con una estructura cilíndrica metálica, emplazada en dos configuraciones a estudiar. Una con la estructura cilíndrica ubicada en posición vertical sobre una superficie lisa. Y otra con la estructura suspendida por medio de una cuerda emplazada a lo largo del cilindro. Ahora, se entrena un AE para extraer el espacio latente de los datos medidos. Luego, se entrena un algoritmo de aprendizaje supervisado basado en el principio de máxima entropía (LME), que permite reconocer y asociar señales de impactos con aquellas de la fase de entrenamiento. Dando como resultado una estimación de la ubicación y magnitud de los impactos recibidos por la estructura. Para ambas etapas se deben seleccionar las variables que permitan obtener el algoritmo más eficiente y que entreguen los resultados con el menor error asociado posible. El desempeño del AE es bueno si sólo se analiza su capacidad de reconstruir la señal, pero al analizar la estructura del espacio latente, esta resulta representar bien los datos en forma, pero debe mejorar en precisión. Por otro lado, el análisis del comportamiento de la etapa LME según el número de vecinos a utilizar resulta acorde a la interferencia de las condiciones de borde del problema y de cómo afectan las zonas de contacto con elementos externos a los resultados finales. Además de la superficie de contacto con la base, otro elemento que produce un aumento en el error de predicción es la presencia del cordón de soldadura a lo largo de la altura del cilindro. Finalmente, es posible afirmar que el método desarrollado en general cumple su función de identificar la ubicación y magnitud de los impactos efectuados a la estructura. Sin embargo, es necesario trabajar en la precisión de este.