Thesis (M.S.)--Auburn University, 2008. / Abstract. Vita. Includes bibliographical references (p. 70).

Orientador: José Antonio Matthiesen / Banca: Renato Bertolino Júnior / Banca: Carlito Calil Júnior / Resumo: No Brasil, é comum o uso de estruturas treliçadas de madeira na construção de coberturas nas edificações e, que, na maioria das vezes, são feitas de forma artesanal ou empírica. Para que haja uma otimização na produção dessas estruturas, através da industrialização, é conveniente o conhecimento e o domínio dos sistemas construtivos disponíveis. A utilização dos conectores metálicos, de chapa com dentes estampados (CDE) nas ligações dos elementos estruturais das treliças, é considerada, pela literatura, uma boa opção de sistema construtivo em escala industrial. Neste trabalho foram determinadas a resistência e a rigidez das ligações por conector CDE, em peças estruturais de madeira, para as classes de resistência: C20; C30 e C40, através dos modos básicos de ruptura das peças ligadas, que são: arrancamento dos dentes na peça de madeira; cisalhamento e tração da chapa. Também foi verificada a influência da variação na umidade das peças de madeira, ao serem prensadas pelo conector CDE, na resistência e rigidez da ligação, visando com isso, contribuir com a Revisão da Norma Brasileira (NBR-7190/97). / Abstract: The usage of wood trusses is common in the construction of roofs in Brazil, the most of the times are built in way craft or empiric. Obtaining an optimization in the production of these structures, through the industrialization, it is convenient the knowledge and the domain of the available constructive systems. The usage of the metallic connectors, as the metal connectors plates (MCP) in the connections of the structural elements of the truss is considered, for the literature, a nice option of constructive system in industrial scale. In this work, the resistance and the rigidity of the connections for connector MCP, in structural pieces of wood, for the resistance classes C20; C30 and C40, were certained through the basic manners of rupture of the linked pieces are: pull-out of the teeth in the wood piece; cut and traction of the connector. The influence of the variation in the humidity of the wood pieces as they are pressed by the connector MCP, in the resistance and the rigidity of the connections was verified as well, seeking with that, to contribute with Brazilian Code (NBR-7190/97) Revision. / Mestre

Otimização estrutural é uma área relativamente nova que vem sendo cada vez mais explorada. Existem muitos métodos clássicos, e outros mais recentes vem surgindo para disputar em eficiência, confiabilidade e rapidez na obtenção de um resultado ótimo. Os algoritmos são classificados em algoritmos determinísticos, que utilizam a informação do gradiente, ou seja, usam os valores das funções e suas derivadas, e os meta-heurísticos, algoritmos de otimização aleatórios que são métodos probabilísticos não baseados em gradiente, ou seja, usam somente a avaliação da função objetivo. São apresentados dois algoritmos meta-heurísticos relativamente recentes: o Harmony Search, baseado na improvisação musical em busca da harmonia perfeita, e o Firefly Algorithm, que é inspirado no comportamento da luz dos vagalumes. Vários exemplos clássicos de treliças 2-D e 3-D considerando otimização paramétrica e de forma, com restrições de tensão, deslocamento, flambagem e frequência natural, são apresentados para demonstrar a eficiência dos métodos. Os resultados são comparados aos de outros autores usando diferentes métodos encontrados na literatura. Os resultados indicam que os algoritmos de otimização estudados neste trabalho são melhores ou tão eficientes quanto os demais. Por fim, os métodos são aplicados à estrutura de um projeto de engenharia adaptado. / Structural optimization is a relatively new area that has been increasingly exploited. There are many classical methods, and newer are emerging to compete on efficiency, reliability and speed in obtaining an optimal result. The algorithms are classified into deterministic algorithms, which use the gradient information, i.e., use the values of the functions and their derivatives, and meta-heuristic algorithms, random optimization methods which are probabilistic methods not based on gradient, i.e., they use only objective function evaluation. Two relatively recent meta-heuristics algorithms are presented, Harmony Search, based on musical improvisation in search of the perfect harmony, and Firefly Algorithm, which is inspired by the behavior of the light of fireflies. Several benchmarks of 2-D and 3-D trusses considering size and shape optimization, with stress, displacement, buckling and natural frequency constraints, are presented to demonstrate the effectiveness of the methods. The results are compared to the others authors using different methods found in the literature. The results indicate that optimization algorithms studied in this work are better than or as efficient as others. Finally, the methods are applied to the structure of an adapted engineering design.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de treliças espaciais formadas por elementos tubulares de seção circular, com ênfase no desempenho das tipologias de ligação utilizadas no Brasil. Foram ensaiadas experimentalmente 9 treliças espaciais com vãos de 7,5 x 15,0m e uma de 7,5m x 7,5m com altura de 1,5m, variando-se o tipo de ligação entre barras, com o objetivo de caracterizar e comparar o comportamento dos sistemas de ligações mais comuns (nó típico – extremidade estampada, nó de aço e nó com chapa de ponteira).A análise teórica, via elementos finitos, tem como objetivo aferir a validade dos modelos numéricos normalmente utilizados e refiná-los incluindo as características do comportamento estrutural observadas em ensaio. A análise numérica segue duas abordagens: análise global da estrutura incluindo os efeitos não-lineares, excentricidade na ligação e variação de seção nas extremidades das barras; com isso o comportamento das treliças ensaiadas foi representado de forma satisfatória. A análise do comportamento do nó típico, modelado tridimensionalmente com elementos de casca, possibilitou analisar a interação entre as barras na região nodal por meio de elementos de contato. Com esta modelagem, apesar das simplificações, foi possível reproduzir o modo de colapso observado experimentalmente. / This paper presents a study of the behavior of tubular circular section space trusses with the main emphasis placed on the performance of the various truss typologies used in Brazil. Nine space trusses with plan dimensions of 7.5m x 15.0m and one with plan dimensions of 7.5mx7.5m and height of 1.5m were tested. The joint type was varied with the objective to characterize and compare the behavior of the more common types of connection systems (typical node – stamped end, steel node, and end plate node). The theoretical analysis employing finite elements was adopted mainly to ascertain the validity of various numerical models commonly employed and hence refining them by including the some basic characteristics of the observed structural behavior.The numerical analysis employed was based on two methodologies: a global structural analysis that takes into account the effects of non-linearity, eccentricities at connection, and the variation of the end bars cross section. In this manner the actual behavior of the tested trusses was well represented. The analysis of the behavior of a typical node, modeled using tri-dimensional finite shell elements made it possible to analyze the interaction between bars that converge at the nodal region by applying contact elements. Despite it simplicity, predicted results of the collapse mode obtained by using the proposed model, very well reproduce the experimental observation.

[pt] Os galpões industriais constituem um dos segmentos da construção em aço mais comuns no mercado brasileiro. As características na construção são rapidez de execução, menor volume de material e a esbeltez dos elementos. Nesta dissertação avalia-se o desempenho e a necessidade da consideração das imperfeições iniciais e dos efeitos de segunda ordem nas estruturas treliçadas usuais nos galpões. Através da modelagem de um conjunto de pórticos treliçados realiza-se um estudo paramétrico das diferentes tipologias e busca-se oferecer uma solução prática de pré-dimensionamento. Realiza-se a comparação entre as metodologias de análises de segunda ordem: o método simplificado MAES da ABNT NBR 8800:2008 e a análise avançada efetuada no programa Autodesk Robot Structural Analysis Professional. Os resultados obtidos mostraram a consistência entre as metodologias de análises de segunda ordem. A partir estudo comparativo entre a análise de primeira ordem e a análise de segunda ordem conclui-se sobre a pequena influência dos efeitos de segunda ordem neste tipo de sistemas treliçados. Comprova-se a pouca sensibilidade à incorporação das imperfeições geométricas iniciais. Obtêm-se os gráficos de consumo aproximado de aço e de deslocamentos máximos. Para as diferentes soluções estruturais observa-se a incidência das tipologias das treliças no desempenho estrutural em relação aos deslocamentos máximos. Apresenta-se um procedimento simplificado de pré-dimensionamento mediante tabelas e ábacos produzidos para as diversas treliças. / [en] The industrials buildings are one of the segments of construction in most common steel in Brazil. The features in construction are rapidity of execution, a smaller volume of material and slenderness of de elements. In this dissertation evaluates the performance and the need consideration of initial imperfections and second order effects in the usual trusses structures in the sheds. Through modeling a set of trusses frames is carried out a parametric study of various types and seeks to provide a practical solution of pre-design. It carried out a comparison between the methodologies of second-order analysis: The simplified method MAES of the ABNT NBR 8800:2008 and the advanced analysis made in Autodesk Robot Structural Analysis Professional program. The result showed consistency between the methodologies of and order analysis. From a comparative study of the analysis of 1st order and 2nd order analysis is concluded on the small influence of 2nd order effects in this type of trusses systems. Proves to little sensitivity to the incorporation of initial geometric imperfections. They obtain the graphs of estimated consumption of steel and maximum displacements. For different structural solutions observes the incidence of types of trusses in the structural performance of maximum displacement. It presents a simplified procedure for preliminary design through tables and abacuses produced for different trusses.

Otimização estrutural é uma área relativamente nova que vem sendo cada vez mais explorada. Existem muitos métodos clássicos, e outros mais recentes vem surgindo para disputar em eficiência, confiabilidade e rapidez na obtenção de um resultado ótimo. Os algoritmos são classificados em algoritmos determinísticos, que utilizam a informação do gradiente, ou seja, usam os valores das funções e suas derivadas, e os meta-heurísticos, algoritmos de otimização aleatórios que são métodos probabilísticos não baseados em gradiente, ou seja, usam somente a avaliação da função objetivo. São apresentados dois algoritmos meta-heurísticos relativamente recentes: o Harmony Search, baseado na improvisação musical em busca da harmonia perfeita, e o Firefly Algorithm, que é inspirado no comportamento da luz dos vagalumes. Vários exemplos clássicos de treliças 2-D e 3-D considerando otimização paramétrica e de forma, com restrições de tensão, deslocamento, flambagem e frequência natural, são apresentados para demonstrar a eficiência dos métodos. Os resultados são comparados aos de outros autores usando diferentes métodos encontrados na literatura. Os resultados indicam que os algoritmos de otimização estudados neste trabalho são melhores ou tão eficientes quanto os demais. Por fim, os métodos são aplicados à estrutura de um projeto de engenharia adaptado. / Structural optimization is a relatively new area that has been increasingly exploited. There are many classical methods, and newer are emerging to compete on efficiency, reliability and speed in obtaining an optimal result. The algorithms are classified into deterministic algorithms, which use the gradient information, i.e., use the values of the functions and their derivatives, and meta-heuristic algorithms, random optimization methods which are probabilistic methods not based on gradient, i.e., they use only objective function evaluation. Two relatively recent meta-heuristics algorithms are presented, Harmony Search, based on musical improvisation in search of the perfect harmony, and Firefly Algorithm, which is inspired by the behavior of the light of fireflies. Several benchmarks of 2-D and 3-D trusses considering size and shape optimization, with stress, displacement, buckling and natural frequency constraints, are presented to demonstrate the effectiveness of the methods. The results are compared to the others authors using different methods found in the literature. The results indicate that optimization algorithms studied in this work are better than or as efficient as others. Finally, the methods are applied to the structure of an adapted engineering design.

Cellular materials, often called lattice materials, are increasingly receiving attention for their ultralight structures with high specific strength, excellent impact absorption, acoustic insulation, heat dissipation media and compact heat exchangers. In alignment with emerging additive manufacturing (AM) technology, realization of the structural applications of the lattice materials appears to be becoming faster. Considering the direction dependent material properties of the products with AM, by directionally dependent printing resolution, effective moduli of lattice structures appear to be directionally dependent. In this paper, a constitutive model of a lattice structure, which is an octet-truss with a base material having an orthotropic material property considering AM is developed. In a case study, polyjet based 3D printing material having an orthotropic property with a 9% difference in the principal direction provides difference in the axial and shear moduli in the octet-truss by 2.3 and 4.6%. Experimental validation for the effective properties of a 3D printed octet-truss is done for uniaxial tension and compression test. The theoretical value based on the micro-buckling of truss member are used to estimate the failure strength. Modulus value appears a little overestimate compared with the experiment. Finite element (FE) simulations for uniaxial compression and tension of octet-truss lattice materials are conducted. New effective properties for the octet-truss lattice structure are developed considering the observed behavior of the octet-truss structure under macroscopic compression and tension trough simulations.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22417号 / 工博第4678号 / 新制||工||1730(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 高橋 良和, 教授 清野 純史, 教授 八木 知己 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

The endeavor for optimization and development in the construction industry is warranted where new solutions are highly sought for. The importance of communication and efficiency in a project planning phase is of highest importance. The objective of this study is to highlight the advantages and disadvantages of a parameter-driven modeling method, by using a Grasshopper software. To explore the possibilities of the software, a script will be created. The script will contain a parallel framework also known as Warren’s framework. In this study, a survey is sent for applicable practitioners in the construction industry where the purpose is to receive information about the industry's opinion about the subject. A parameter-driven modeling method refers to software such as Grasshopper and Dynamo. The software is node-based unlike traditional modeling methods based on manual line drawing. There is no fixed geometry in a parameter-driven modeling software. Therefore, in order to illustrate models, different visualization platforms like Rhino are needed. A considerable amount of time has been spent creating a script in Grasshopper where a user with limited experience will naturally face complications among the way. Many of the survey participants considered that the main con of parametric modeling is the amount of time allocated to creating a script. Thought when the script is completed, changing parameters to influence the model outcome is uncomplicated. Additionally, there is potential regarding time efficiency since the software eliminates all need to perform repetitive tasks. Parametric modeling is a flexible form of work where changes later in a stage are always available.

The thesis deals with the design of the drilling rig tower. The goal of the diploma thesis, which is created in cooperation with MND, a.s., is to design a steel structure. Then perform a load analysis. Further, to perform a structural analysis using the Finite Element Method and to optimize the design.