Otimização de estruturas treliçadas geometricamente não lineares submetidas a carregamento dinâmico
| Ano de defesa: | 2019 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Espírito Santo
BR Mestrado em Engenharia Civil Centro Tecnológico UFES Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufes.br/handle/10/11270 |
Resumo: | This study addresses the optimization of lattice structures with geometrically nonlinear behavior under dynamic loading. The formulated optimization problem aims to determine the cross-sectional area of the bars which minimizes the total mass of the structure, imposing constraints on nodal displacements and stresses. In order to solve this optimization problem, it was developed a computational program on MATLAB®, using the Interior Point method and the Sequential Quadratic Programming method, the algorithms of which are available on Optimization Toolbox™. It was included routines for grouping the bars and to convert the optimal solution obtained using continuous design variables in commercial values of structural hollow-sections. The space truss nonlinear finite element is described by an updated Lagrangian formulation. The implemented geometric nonlinear dynamic analysis procedure combines Newmark’s method with Newton-Raphson type iterations, being validated by comparison with solutions available in the literature and with solutions obtained using ANSYS® software. Examples of plane and space trusses under different dynamic loading are solved using the developed computational program. The results show that: the Sequential Quadratic Programming method is the most efficient to solve the studied optimization problem, consideration of structural damping can lead to a significant reduction in the total mass, the use of the conversion procedure for commercial sections provides solutions in favor of security and the grouping of bars generates a satisfactory duration for the optimization process. |
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Otimização de estruturas treliçadas geometricamente não lineares submetidas a carregamento dinâmicoStructural optimizationGeometric nonlinearityDynamic analysisTrussesStructural hollow-sectionsSteel structuresOtimização estruturalNão linearidade geométricaAnálise dinâmicaTreliçasEstruturas de açoPerfil tubularOtimização estruturalDinâmica estruturalTreliças (Construção civil)Aço - EstruturasEngenharia Civil624This study addresses the optimization of lattice structures with geometrically nonlinear behavior under dynamic loading. The formulated optimization problem aims to determine the cross-sectional area of the bars which minimizes the total mass of the structure, imposing constraints on nodal displacements and stresses. In order to solve this optimization problem, it was developed a computational program on MATLAB®, using the Interior Point method and the Sequential Quadratic Programming method, the algorithms of which are available on Optimization Toolbox™. It was included routines for grouping the bars and to convert the optimal solution obtained using continuous design variables in commercial values of structural hollow-sections. The space truss nonlinear finite element is described by an updated Lagrangian formulation. The implemented geometric nonlinear dynamic analysis procedure combines Newmark’s method with Newton-Raphson type iterations, being validated by comparison with solutions available in the literature and with solutions obtained using ANSYS® software. Examples of plane and space trusses under different dynamic loading are solved using the developed computational program. The results show that: the Sequential Quadratic Programming method is the most efficient to solve the studied optimization problem, consideration of structural damping can lead to a significant reduction in the total mass, the use of the conversion procedure for commercial sections provides solutions in favor of security and the grouping of bars generates a satisfactory duration for the optimization process.Este trabalho trata da otimização de estruturas treliçadas com comportamento não linear geométrico submetidas a carregamento dinâmico. O problema de otimização formulado tem o objetivo de determinar a área da seção transversal das barras que minimiza a massa total da estrutura, impondo-se restrições aos deslocamentos nodais e às tensões axiais. Para resolvê-lo, foi desenvolvido um programa computacional na plataforma MATLAB®, utilizando os algoritmos do método dos Pontos Interiores e do método da Programação Quadrática Sequencial presentes no Optimization Toolbox™. Foram incluídas rotinas para agrupamento de barras e para conversão da solução ótima obtida com uso de variáveis de projeto contínuas em valores comerciais de perfis tubulares. O elemento finito não linear de treliça espacial é descrito por uma formulação Lagrangeana atualizada. O procedimento de análise dinâmica não linear geométrica implementado combina o método de Newmark com iterações do tipo Newton-Raphson, sendo validado por meio da comparação com soluções presentes na literatura e com soluções obtidas no software ANSYS®. Exemplos de treliças planas e espaciais submetidas a diferentes tipos de carregamento dinâmico são resolvidos com a aplicação do programa computacional desenvolvido. Os resultados indicam que: o método da Programação Quadrática Sequencial é o mais eficiente para a resolução do problema de otimização estudado, a consideração do amortecimento estrutural pode gerar uma redução significativa na massa total, o uso do procedimento de conversão para seções comerciais fornece soluções a favor da segurança e o agrupamento de barras torna a duração do processo de otimização satisfatória.Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em Engenharia CivilCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia CivilAlves, Élcio CassimiroFerreira, Walnório GraçaParente Junior, EvandroSilveira, Ricardo Azoubel da MotaMartinelli, Larissa Bastos2019-06-26T02:16:43Z2019-06-252019-06-26T02:16:43Z2019-03-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfMARTINLLI, Larissa Bastos. Otimização de estruturas treliçadas geometricamente não lineares submetidas a carregamento dinâmico. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico, Vitória, 2019.http://repositorio.ufes.br/handle/10/11270porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-07-17T16:57:35Zoai:repositorio.ufes.br:10/11270Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082024-07-17T16:57:35Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false |
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This study addresses the optimization of lattice structures with geometrically nonlinear behavior under dynamic loading. The formulated optimization problem aims to determine the cross-sectional area of the bars which minimizes the total mass of the structure, imposing constraints on nodal displacements and stresses. In order to solve this optimization problem, it was developed a computational program on MATLAB®, using the Interior Point method and the Sequential Quadratic Programming method, the algorithms of which are available on Optimization Toolbox™. It was included routines for grouping the bars and to convert the optimal solution obtained using continuous design variables in commercial values of structural hollow-sections. The space truss nonlinear finite element is described by an updated Lagrangian formulation. The implemented geometric nonlinear dynamic analysis procedure combines Newmark’s method with Newton-Raphson type iterations, being validated by comparison with solutions available in the literature and with solutions obtained using ANSYS® software. Examples of plane and space trusses under different dynamic loading are solved using the developed computational program. The results show that: the Sequential Quadratic Programming method is the most efficient to solve the studied optimization problem, consideration of structural damping can lead to a significant reduction in the total mass, the use of the conversion procedure for commercial sections provides solutions in favor of security and the grouping of bars generates a satisfactory duration for the optimization process. |
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