Fault identification on flexible rotor shafts using optimization techniques

This thesis presents a study about the problem of fault identification in rotating machinery, by using optimization techniques. The basics of this work is to consider that the rotor faults entails strain energy change and, consequently, the vibratory behaviour of the system is also changed. The fault identification strategy used in this contribution is based on the minimization of a functional formed by the difference between the dynamic characteristics of the real system and those obtained from the rotor model, the both entail the cracks. The variables to be optimized are the faults parameters (severity , position and fault length). The dynamic characteristics were calculated through the finite element method. A simple model was used to represent the fault in such a way that it's non-linear behaviour was not taken into account. Pseudo-random optimizatiom methods were chosen in this work, due to their robustness in solving complex inverse problems. Genetics Algorithms were the most important optimization strategy used in this thesis. However, simulated annealing was also successfully used. Simulation results demonstrate that the methodology developed is very effective in identifying parameters of flexible rotors.Dissertação (Mestrado)Esta dissertação apresenta um estudo sobre o problema da identificação de falhas em eixos de máquinas rotativas utilizando técnicas de otimização. O princípio básico adotado neste trabalho foi o de que a presença da falha no eixo da máquina altera sua energia de deformação e, consequentemente, também altera seu comportamento vibratório. Formulou-se então uma estratégia de identificação de falhas baseada na minimização de um funcional formado pela diferença das características dinâmicas do sistema real e do modelo do rotor, ambos com falhas. As variáveis a serem otimizadas são os parâmetros que representam a falha (severidade, posição e comprimento). As características dinâmicas do rotor foram calculadas através do método dos elementos finitos. Utilizou-se um modelo simples para representar a falha, onde fenômenos não lineares foram desprezados. Métodos de otimização pseudo-aleatórios foram escolhidos para a tarefa de otimização devido à robustez apresentada por estes métodos na resolução de problemas inversos complexos, tal como o que é aqui estudado. O método dos algoritmos genéticos foi a principal técnica de otimização empregada nesta dissertação. Entretanto, o método do recozimento simulado também foi utilizado com sucesso. Simulações computacionais foram realizadas e os resultados apresentaram boa aproximação entre os parâmetros da falha identificados pela metodologia desenvolvida e os parâmetros previamente estabelecidos