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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11494
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Otimização topológica de vigas metálicas com aberturas na alma |
Título(s) alternativo(s): | Topology optimization of steel beams with web openings |
Autor: | Rocha, Karina Mota |
Primeiro orientador: | Burgos, Rodrigo Bird |
Primeiro coorientador: | Silva, André Tenchini da |
Segundo coorientador: | Pereira, Anderson |
Primeiro membro da banca: | Suanno, Rodolfo Luiz Martins |
Segundo membro da banca: | Cardoso, Daniel Carlos Taissum |
Resumo: | O uso eficiente de materiais é um tema extremamente importante atualmente. Desta forma, a busca por estruturas ótimas tem se expandido rapidamente ao longo do tempo, isso ocorre, pois este tipo de estrutura possui um melhor desempenho e por isso são capazes de gerar economia de material. Menos sensíveis a deformações e mais resistentes a flexão, as vigas perfuradas são também mais leves do que um perfil I com a alma cheia de mesma seção transversal. Entretanto, quando submetidas a carregamentos, as vigas celulares sofrem com a ocorrência de altos gradientes de tensão. O que pode indicar que estas vigas são suscetíveis à falha. Desta forma, torna-se perceptível que estes furos não apresentam uma topologia ótima, sendo assim essa remoção de material criando furos nas almas das vigas perfuradas pode ser analisada do ponto de vista da otimização topológica. Assim, este trabalho tem como objetivo encontrar uma nova forma para os furos da alma de vigas perfuradas através do módulo de otimização do programa ABAQUS. Após isso, é feita uma análise comparativa dos resultados obtidos do ponto de vista estrutural, a fim de avaliar os resultados das análises não lineares e de carga crítica para as vigas, celulares e otimizadas, ambas com o mesmo volume, tendo apenas como diferença entre si a distribuição e o formato dos furos ao longo da alma da viga. Os resultados obtidos mostraram o bom comportamento estrutural das vigas otimizadas quando comparadas a viga celular, no que tange a sua resistência e rigidez. Além disso, foi proposto um modelo aproximado a viga otimizada que apresentou um melhor desempenho, modelo este que também apresentou um bom comportamento quando comparado a viga celular. |
Abstract: | Height limitations are frequently imposed on multi-floor constructions for numerous reasons, such as urban zoning regulations, economic aspects and others. An excellent solution to circumvent these limitations is the use of beams with web openings, which allow service ducts to pass through without the need to increase the ceiling s total depth. They are also less sensitive to deformations and more resistant to bending. However, when subjected to concentrated loading, these beams can present high stress gradients, which may indicate that they are susceptible to failure. In this way, it becomes clear that these holes do not present an optimum topology, and this removal of material that creates web openings can be looked at from a topology optimization point of view. Thus, this work aims to find a new shape for the web holes of perforated beams using the ABAQUS software optimization module. A comparative study of the results obtained from the structural point of view is carried out in terms of stresses and critical loads. These analyses are performed for cellular (circular openings) and optimized beams with the same volume (weight); the only difference between them is the distribution and shape of the holes along the web. The results obtained showed a good structural behavior of the optimized beams when compared to the cellular one, in terms of strength and stiffness. Finally, an alternative model was proposed based on the one obtained by the optimization procedure; this model also presented a better performance in comparison to the cellular beam. |
Palavras-chave: | Civil Engineering Structural analysis (Engineering) Structural optimization Beams with web openings Computational modeling Nonlinear analysis of optimized beams Engenharia civil Análise estrutural (Engenharia) Otimização estrutural Vigas perfuradas Modelagem numérica Análise não linear de vigas otimizadas |
Área(s) do CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
Idioma: | por |
País: | BR |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
Citação: | ROCHA, Karina Mota. Otimização topológica de vigas metálicas com aberturas na alma. 2017. 107 f. Dissertação (Mestrado em Estruturas; Geotecnia; Construção Civil) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11494 |
Data de defesa: | 14-Ago-2017 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Civil |
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