Avanços em ferramentas computacionais para o projeto e análise de estruturas tensionadas: relaxação dinâmica e modelagem paramétrica. - Souza, Márcio Sartorelli Venâncio de (2025)
Estruturas tensionadas (ou tensoestruturas) são uma solução elegante na engenharia civil e na arquitetura modernas, consistindo em sistemas leves compostos por membranas flexíveis tensionadas e cabos de aço apoiados por sistemas mais rígidos como mastros, pórticos e treliças. O projeto e a análise desses sistemas estruturais podem ser tarefas desafiadoras devido às geometrias complexas e à natureza iterativa dos processos que envolvem o Design Assistido por Computador (CAD) e Engenharia Assistida por Computador (CAE). Esta tese tem como objetivo criar um ambiente computacional para o design paramétrico, permitindo a integração fluida entre o projeto e a análise estrutural de estruturas tensionadas. O resultado desse esforço foi o desenvolvimento do BATS (Basic Analysis of Tensile Structures), uma ferramenta computacional projetada para otimizar o fluxo de trabalho do design de estruturas tensionadas. O BATS apresenta um novo processo para definir um fluxo de trabalho paramétrico que automatiza e integra as etapas principais do projeto estrutural: busca da forma (form-finding), padronagem (patterning), planificação (flattening) e análise estrutural não-linear. Para a solução do equilíbrio não-linear, considerando grandes deslocamentos e rotações, foi apresentada uma nova metodologia do Método de Relaxação Dinâmica, permitindo análises integradas rápidas e confiáveis de elementos de cabos, membranas e vigas sob diversas condições de carga. Esse método utiliza uma abordagem chamada ajuste de massa (mass-tuning), que calcula automaticamente massas artificiais em nível de elemento. Além disso, foi introduzida uma extensão do método que considera tanto a inércia translacional quanto a rotacional, aplicável a elementos de vigas em qualquer interpolação polinomial de elementos finitos. Adicionalmente, foi desenvolvido um modelo simplificado de enrugamento para reproduzir o comportamento não linear em membranas de tecido. Os resultados da tese são apresentados em quatro artigos publicados, nos quais foram realizados benchmarks para avaliar a robustez dos métodos propostos. Por fim, o autor enfatiza a contribuição dos desenvolvimentos realizados para um sistema computacional para o desenvolvimento de todo o ciclo de design paramétrico de estruturas tensionadas.