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Uma extensão do método das densidades de força natural para elementos quadrangulares. / An extension of the Natural Force Density Method to quadrangular elements.

Fernandes, Fagner Lopes 06 July 2017 (has links)
O Método das Densidades de Força (MDF), proposto primeiramente por Linkwitz (1971) e depois por Scheck (1974), é uma alternativa conveniente para encontrar configurações de redes de cabos e membranas, uma vez que fornece geometrias viáveis com uma única análise linear de equilíbrio. O Método das Densidades de Força Natural (MDFN) é uma extensão do MDF para busca de formas de estruturas de membranas, que preserva a linearidade do método original e supera suas dificuldades em lidar com malhas irregulares. Foi primeiramente sugerido por Pauletti em 2006, baseado no elemento triangular de membrana introduzido por Argyris em 1974. O Método tem sido aplicado com sucesso em vários projetos. O MDFN original requer o uso de malhas compostas exclusivamente por elementos triangulares. Esta dissertação apresenta uma extensão do método para elementos quadrangulares, considerando um elemento composto por quatro subelementos triangulares. Mesmo que a ideia básica seja muito simples, algumas dificuldades surgem do fato de que nesta abordagem, o elemento de quatro nós pode não conter todos os nós em um mesmo plano, especialmente no caso de superfícies anticlásticas, sendo que não existe um campo de tensões bem definido para o interior do elemento. O trabalho compara alguns resultados obtidos com malhas exclusivamente triangulares, como requerido pelo método original, com os resultados obtidos com o elemento quadrangular proposto, discutindo a forma de combinar as tensões dos subelementos triangulares para originar as tensões atuantes no elemento quadrangular. Os modelos obtidos no MDFN são inseridos no programa Ansys, e os resultados são comparados para analisar a viabilidade da solução proposta e dos resultados obtidos por meio desta. / The Force Density Method (FDM), first proposed by Linkwitz(1971) and after by Scheck(1974), is a convenient alternative for finding configurations of cable nets and membranes, since it provides viable geometries in a single linear equilibrium analysis. The Natural Force Density Method (NFDM) is an extension of the FDM to the shape finding of membrane structures, which preserves the linearity of the original method and overcomes the difficulties of the original method to deal with irregular meshes. It was first suggested by Pauletti in 2006, based on a triangular membrane element introduced by Argyris in 1974. The method has been successfully applied to several design cases. The original NFDM required the use of meshes composed exclusively of triangular elements. This text presents an extension of the method to quadrangular elements, considering an equivalent assemblage of flat triangular elements. Even if the basic idea is very simple, some difficulties arise from the fact that in this approach, the quadrangular element can have a non-flat configuration, especially in the anticlastic shape, and there is not a know stress field into the interior of the element. The text compares several results obtained with fully triangulated meshes, as required by the original NFDM, to those obtained with the proposed quadrangular element, discussing the different strategies that have been explored to map stresses from the internal triangular mesh to the four nodes of the element. The models obtained in the NFDM are inserted in software Ansys and the results compared to approve the solution and the results obtained.
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Uma extensão do método das densidades de força natural para elementos quadrangulares. / An extension of the Natural Force Density Method to quadrangular elements.

Fagner Lopes Fernandes 06 July 2017 (has links)
O Método das Densidades de Força (MDF), proposto primeiramente por Linkwitz (1971) e depois por Scheck (1974), é uma alternativa conveniente para encontrar configurações de redes de cabos e membranas, uma vez que fornece geometrias viáveis com uma única análise linear de equilíbrio. O Método das Densidades de Força Natural (MDFN) é uma extensão do MDF para busca de formas de estruturas de membranas, que preserva a linearidade do método original e supera suas dificuldades em lidar com malhas irregulares. Foi primeiramente sugerido por Pauletti em 2006, baseado no elemento triangular de membrana introduzido por Argyris em 1974. O Método tem sido aplicado com sucesso em vários projetos. O MDFN original requer o uso de malhas compostas exclusivamente por elementos triangulares. Esta dissertação apresenta uma extensão do método para elementos quadrangulares, considerando um elemento composto por quatro subelementos triangulares. Mesmo que a ideia básica seja muito simples, algumas dificuldades surgem do fato de que nesta abordagem, o elemento de quatro nós pode não conter todos os nós em um mesmo plano, especialmente no caso de superfícies anticlásticas, sendo que não existe um campo de tensões bem definido para o interior do elemento. O trabalho compara alguns resultados obtidos com malhas exclusivamente triangulares, como requerido pelo método original, com os resultados obtidos com o elemento quadrangular proposto, discutindo a forma de combinar as tensões dos subelementos triangulares para originar as tensões atuantes no elemento quadrangular. Os modelos obtidos no MDFN são inseridos no programa Ansys, e os resultados são comparados para analisar a viabilidade da solução proposta e dos resultados obtidos por meio desta. / The Force Density Method (FDM), first proposed by Linkwitz(1971) and after by Scheck(1974), is a convenient alternative for finding configurations of cable nets and membranes, since it provides viable geometries in a single linear equilibrium analysis. The Natural Force Density Method (NFDM) is an extension of the FDM to the shape finding of membrane structures, which preserves the linearity of the original method and overcomes the difficulties of the original method to deal with irregular meshes. It was first suggested by Pauletti in 2006, based on a triangular membrane element introduced by Argyris in 1974. The method has been successfully applied to several design cases. The original NFDM required the use of meshes composed exclusively of triangular elements. This text presents an extension of the method to quadrangular elements, considering an equivalent assemblage of flat triangular elements. Even if the basic idea is very simple, some difficulties arise from the fact that in this approach, the quadrangular element can have a non-flat configuration, especially in the anticlastic shape, and there is not a know stress field into the interior of the element. The text compares several results obtained with fully triangulated meshes, as required by the original NFDM, to those obtained with the proposed quadrangular element, discussing the different strategies that have been explored to map stresses from the internal triangular mesh to the four nodes of the element. The models obtained in the NFDM are inserted in software Ansys and the results compared to approve the solution and the results obtained.
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Shape and topology optimization of frame structures considering uncertainty in variables and parameters / 変数とパラメータの不確定性を考慮した骨組構造物の形状と位相の最適化

Shen, Wei 23 March 2022 (has links)
京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23873号 / 工博第4960号 / 新制||工||1775(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科建築学専攻 / (主査)教授 大崎 純, 教授 池田 芳樹, 准教授 藤田 皓平 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM
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Reinforcement Learning for Optimal Design of Skeletal Structures / 強化学習を用いた離散構造物の最適設計

Hayashi, Kazuki 23 March 2021 (has links)
京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23153号 / 工博第4797号 / 新制||工||1750(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科建築学専攻 / (主査)教授 大崎 純, 教授 竹脇 出, 准教授 倉田 真宏 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM
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Busca da forma aplicada a sistemas de cabos de aço retesados / Form finding techniques for steel cable structures

Haydamus, Alfredo Henrique 12 April 2019 (has links)
Esta dissertação trata das metodologias de busca da forma (form finding) aplicadas a sistemas estruturais de cabos de aço retesados, destacando aquelas que foram amplamente utilizadas pelo arquiteto alemão Frei Otto: modelos físicos de correntes e molas e o método numérico das Densidades de Forças. O método de Relaxação Dinâmica, as soluções gráficas, modelos de correntes e pesos, assim como os de películas de sabão, também foram analisados de modo breve. O trabalho objetivou examinar as singularidades de tais metodologias de concepção estrutural. Tarefa que foi realizada, em primeiro lugar, por meio da revisão da literatura crítica acerca do emprego e do desenvolvimento das tecnologias de sistemas de cabos de aço retesados. Em seguida, partindo das obras examinadas, simulou-se quatro situações de projetos de estruturas retesadas, que foram executadas através da construção de modelos físicos e numéricos. As maquetes físicas foram construídas por meio de modelos de correntes e molas, e tiveram o intuito de fornecer dados de ordem qualitativa acerca do comportamento estrutural. As representações digitais, por sua vez, foram desenvolvidas com o método das Densidades de Forças, por intermédio do software Rhinoceros e do seu plug-in Grasshopper. Elas permitiram avaliar critérios quantitativos, como precisão, conformidade e eficiência. Por fim, os resultados obtidos através dos modelos físicos foram comparados aos experimentos digitais, com o intuito de analisar as especificidades de cada alternativa, buscando compreender as vantagens e limites de suas aplicações práticas. / This work presents two form finding methodologies applied to steel cable structures, physical model with springs and Force Density Method, both widely used by Frei Otto and his team. Other techniques are also studied; e.g. chains models, soap film models, graphic solutions and Dynamic Relaxation Method. Firstly, the historical developments of form-active structures were listed, together with a series of projects that became technical and conceptual milestones in the Brazilian and international scenario. Secondly, the process of manufacturing two form finding models is reported, one physical spring model and one numerical Force Density Method performed with computer-aided design (CAD) application Rhinoceros and its plug-in Grasshopper. Both models were carried out aiming to investigate their advantages and limits. Lastly, four experimental case studies were selected, based on projects studied in the first phase of this work. Diverse typologies and boundary conditions were chosen for comparative evaluation of the qualitative physical model and the numerical one. The appraisal of the modeling techniques\' efficiency and robustness levels was done through analysis of the differences between nodes\' coordinates and bars\' lengths obtained through each method.
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Studie návrhu vhodného tvaru membránových konstrukcí / Study of design of a suitable shape of membrane structures

Kocina, Karel January 2012 (has links)
This diploma thesis deals with methods for design of membrane structure shape. Main purpose is to analyze topology designs by Formfinder and Rhinoceros in RFEM and compare results. Test a possibility of designing shape by software RFEM.

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