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Type: Dissertação
Title: Agrupamento ótimo de barras de pórticos espaciais de aço via otimização estrutural multi-objetivo
Author: Brugnara, Bruno Eduard de Oliveira
First Advisor: Lemonge, Afonso Celso de Castro
Co-Advisor: Vargas, Patrícia Habib Hallak e Dênis Emanuel da Costa
Co-Advisor: Vargas, Dênis Emanuel Costa
Referee Member: Lima, Beatriz de Souza Leite Pires de
Referee Member: Greco, Marcelo
Resumo: A otimização estrutural de estruturas compostas por barras, como treliças e pórticos, geralmente envolve a minimização do peso (volume ou massa) como objetivo principal. Essa otimização pode ser dimensional, paramétrica, de forma, topológica ou combinar várias dessas abordagens. As restrições, por sua vez, estão relacionadas a deslocamentos nodais máximos, tensões máximas, frequências naturais de vibração mínimas, cargas de flambagem, entre outras. Quando mais de um objetivo é considerado, outras funções podem ser introduzidas na formulação, como a minimização do deslocamento máximo, a maximização de frequências naturais de vibração ou a maximização dos fatores de carga crítica. Esses objetivos podem ser considerados simultaneamente em uma única formulação. Uma possibilidade interessante em otimização estrutural é obter estruturas otimizadas que considerem agrupamentos de barras segundo expectativas do projetista. Esses agrupamentos proporcionam ganhos em diversos aspectos, como fabricação, montagem, conferência, execução e aspectos arquitetônicos. Encontrar os agrupamentos ótimos pode ser desafiador e pode demandar a experiência do projetista, além de processos baseados em tentativa-e-erro. Algumas estratégias propostas na literatura contemplam o agrupamento automático de barras como restrições impostas na formulação dos problemas de otimização estrutural, como a consideração de restrições de cardinalidade. Nessa dissertação, é proposta a formulação de um problema de otimização estrutural multi-objetivo de pórticos espaciais considerando-se a minimização do peso da estrutura e o número de barras distintas (pilares e vigas) como funções objetivos claramente conflitantes. São realizados três experimentos nos quais o conflito entre o agrupamento e o peso é analisado, incluindo a validação da metodologia de agrupamento, a análise do agrupamento automático em situações de simetria e assimetria da estrutura e uma análise de pré-agrupamento. Todos os problemas foram resolvidos utilizando um algoritmo baseado em Evolução Diferencial.
Abstract: Structural optimization problems considering structures composed of bars, such as trusses and frames, are mostly formulated by defining weight (volume or mass) as the primary objective function in their formulations. This optimization can be classified as dimensional or parametric, where the design variables are the characteristics of the cross sections; shape, where the structure’s contours or geometric characteristics are assigned as design variables; topological, when the presence or absence of structural elements is considered as design variables; and, finally, all of them considered simultaneously. Constraints usually refer to maximum nodal displacements, maximum stresses, minimum natural vibration frequencies, buckling loads, among others. In most cases, problems are formulated with a single objective, which is the weight to be minimized. On the other hand, when more than one objective is of interest to the designer, other functions are introduced into the formulations, such as minimizing the maximum displacement, maximizing natural vibration frequencies, or maximizing critical load factors. These objectives can also be considered simultaneously in the same formulation. In the context of structural optimization involving bar structures, an interesting possibility is to obtain optimized structures that take into account the groupings of bars according to the designer’s expectations. These groupings provide gains in manufacturing, assembly, checking, execution, architectural aspects, the labor economy, and so on. The task of finding the optimal groupings is not trivial and may require the designer’s experience, as well as trial-and-error processes that can be costly. In the literature, proposed strategies include automatic bar grouping as constraints imposed in the formulation of structural optimization problems. One of them is the consideration of cardinality constraints. In the context of optimal bar grouping, this master thesis proposes the formulation of a multi-objective structural optimization problem of spatial frames considering the weight of the structure and the number of distinct bars (columns and beams) as clearly conflicting objective functions. In this proposal, three experiments are carried out in which the conflict between grouping and weight is analyzed. First, the operation of the grouping methodology is tested and validated. Next, automatic grouping is proposed to be verified in analyses of symmetry and asymmetry of the structure and a pre-grouping analysis. In all problems, a Differential Evolution-based algorithm was used.
Keywords: Otimização estrutural multi-objetivo
Pórticos de aço espaciais
Agrupamento ótimo de barras
Multi-objective structural optimization
Steel spatial frame
Optimal member grouping
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PEC)
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15400
Issue Date: 14-Apr-2023
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Civil (Dissertações)



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