Metodología para la optimización de pórticos planos en acero controlados con disipadores histeréticos metálicos basada en algoritmos genéticos de codificación binaria

Numerosas investigaciones se han llevado a cabo en las últimas décadas con el objetivo de desarrollar y ensayar disipadores de energía que mejoren la respuesta de una edificación ante un sismo. Sin embargo, determinar la ubicación de los dispositivos de control en el pórtico de tal manera que se obtenga una respuesta estructural donde se maximice la eficiencia del dispositivo y a su vez se reduzcan los costos resulta en un gran reto. En el presente artículo se propone una metodología para el diseño óptimo de estructuras de acero 2D con disipadores de energía metálicos histeréticos tipo TADAS (Triangular plate added damping and stiffness) basada en algoritmos genéticos especiales. Las variables de diseño corresponden a los perfiles asignados para vigas y columnas y a la ubicación y cantidad de dispositivos de control, lo anterior implica la formulación de un proceso de optimización estructurado y no estructurado. La función objetivo que dirige el proceso de optimización está ligada a la minimización del costo total de la estructura incluyendo los disipadores de energía. Se realizaron tres ejemplos, que corresponden a pórticos con variaciones geométricas, el análisis de las estructuras bajo cargas sísmicas se ejecutó en OpenSees.Magíster en Ingeniería CivilMaestrí

Reliability-based optimization of steel structures using genetic algorithms and nonlinear finite elements

Congreso celebrado en la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Sevilla desde el 24 hasta el 26 de junio de 2015.Uncertainties are inherent in material properties, geometry parameters and loading in structural design problems. In a realistic design, it is necessary to consider these types of uncertainties to ensure safety and quality. Design constraints are formulated in probabilistic terms such as probability of failure or reliability index. The process of design optimization enhanced by the addition of reliability constraints is referred as Reliability-Based Design Optimization (RBDO). Most of RBDO methods use classical mathematical optimization algorithms and require the gradients of objective function and constraints. This task sometimes can be cumbersome and hard because reliability constraints are implicit functions of design variables. However, the increased power of computers has made possible to apply heuristic methods, especially Genetic Algorithms in RBDO problems. In this paper Genetic Algorithm is combined with OpenSees, a nonlinear Finite Element Reliability Analysis software, to salve RBDO problems. Two numerical examples show the performance of the implementation

Diseño sísmico de edificios de acero: algoritmos genéticos vs enjambre de partículas

El objetivo de este estudio es comparar el uso de Algoritmos genéticos (AGs) y Optimización por Enjambre de Partículas (PSO, por sus siglas en ingles) en la optimización multi-objetivo de estructuras de acero sometidas a fuerzas sísmicas. Para ello se diseñan edificios a base de marcos de acero utilizando Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II, por sus siglas en ingles) y PSO como herramienta para lograr la mejor estructura en términos de: minimizar el peso estructural total, el control de la distorsión máxima de entrepiso y satisfacer los requerimientos de resistencia. Se concluye que el uso de NSGA-II y PSO reduce el peso estructural y son herramientas muy útiles para mejorar el rendimiento estructural de los edificios.Postprint (author's final draft

Diseño óptimo de múltiples amortiguadores de masa sintonizada sobre pasarelas peatonales

El control de las vibraciones en pasarelas peatonales es un tema que, actualmente, va cobrando importancia debido a la búsqueda de una mayor esbeltez en las estructuras de nueva construcción, con la finalidad de lograr un ahorro económico. La disposición de sistemas de amortiguamiento en las pasarelas para la reducción de las vibraciones hasta unos valores admisibles, en términos de confort de los peatones, requiere un estudio detallado de los principales factores que afectan a la dinámica de la estructura y del sistema conjunto formado por estructura y TMD (Tuned Mass Damper), siendo este último un dispositivo de disipación de energía con una determinada masa, amortiguamiento y rigidez que queda unido a la estructura. Este estudio se hace mucho más complicado para estructuras con comportamiento no lineal, donde la asunción de ciertas hipótesis clásicas para el diseño de TMD es inviable, o en estructuras cuyas propiedades dinámicas presentan una gran variabilidad debido, por ejemplo, a la carga actuante. Además de lo anterior, en el diseño de un TMD se debe tener en cuenta la forma del modo o modos de vibración que se ven excitados en la estructura con objeto de determinar su ubicación. En un modo de vibración con una forma modal en la que aparece un único punto de máximo valor modal o antinodo, la disposición del TMD es clara: el único punto de máximo valor modal; sin embargo, cuando la forma modal presenta varios antinodos, la disposición de un único TMD en el punto de máximo valor modal no es suficiente para paliar los problemas vibratorios, por lo que es necesario recurrir a un sistema de múltiples TMD (MTMDs) colocados estratégicamente en los diferentes antinodos del modo de vibración afectado. En el presente TFM se ha desarrollado una metodología para el diseño optimizado de MTMDs en una estructura con comportamiento no lineal geométrico. Para ello, se ha partido del estudio de la carga peatonal y de la interacción de ésta con la estructura. Tras ello, se ha realizado un análisis teórico de la respuesta de una estructura en la que se incluye un sistema de amortiguación (con objeto de visualizar el efecto del amortiguador), así como un estudio de las diferentes metodologías para el diseño optimizado de TMD en una estructura. Dichos estudios han permitido la elaboración de una metodología que combina el Criterio de Desempeño (diseñar una estructura de acuerdo a una restricción impuesta sobre una variable de desempeño), la minimización de la masa del sistema de MTMDs dispuesto y la utilización de algoritmos genéticos para dotar de versatilidad al proceso de optimización. La metodología desarrollada se ha validado sobre una pasarela peatonal suspendida de cables de acero situada en el municipio de Zuheros (provincia de Córdoba), cuyo modelo de cálculo numérico se ha actualizado de acuerdo a medidas de campo obtenidas mediante un ensayo de vibración ambiental. Dicha pasarela cumple con las hipótesis de comportamiento no lineal geométrico concebidas para el desarrollo de la metodología, habiéndose obtenido resultados satisfactorios tras el proceso de diseño de MTMDs, en el que se ha considerado un único modo de vibración afectado que posee tres antinodos.Universidad de Sevilla. Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y Puerto

Optimización de forma de estructuras reticulares planas

Premis Dobooku 2014En esta tesina, se plantea un estudio de Optimización de la forma de dichas estructuras reticulares mediante procedimientos analíticos, donde el peso, la deformación y el rendimiento de las piezas, que conforman la estructura, son parámetros de control importantes en la evaluación.Award-winnin

Métodos y Algoritmos para resolver problemas de Corte unidimensional en entronos realistas. Aplicación a una empresa del sector Siderúrgico

La presente tesis doctoral aborda el análisis y modelización de los problemas de programación en el corte de perfiles estructurales de acero, así como la propuesta de diferentes metodologías y algoritmos basados en técnicas heurísticas que permiten resolverlos de manera óptima. En concreto se profundiza en los siguientes temas: - Se estudia la problemática concreta en el corte de vigas estructurales en una empresa de transformados metalúrgicos. Dicho estudio motiva y justifica todo el trabajo posterior, a la vez que proporciona un contexto concreto en el que aplicar de forma práctica los resultados obtenidos con los algoritmos desarrollados. - Se modeliza matemáticamente el Problema del Corte de vigas a partir de perfiles estructurales. - Se presenta una metodología que resuelve de manera eficiente, mediante el uso de patrones, el Problema del Corte para satisfacer la demanda de vigas en un periodo concreto. A tal efecto se desarrolla: un primer algoritmo genético que genera patrones de corte idóneos (fase 1); un segundo algoritmo genético que determina las frecuencias de uso de cada patrón para minimizar tanto el desperdicio como la sobreproducción (fase 2); y cuatro algoritmos adicionales que mejoran la solución obtenida en la fase anterior (fase 3). - A fin de evaluar la metodología propuesta, se desarrolla un generador de problemas que a partir de unos parámetros de instancia obtiene distintos problemas de test. - Se propone otro algoritmo genético para resolver el Problema multiobjetivo de Secuenciación de Patrones optimizando dos objetivos: minimizar las necesidades de espacio para el apilamiento de pedidos en curso y minimizar la extensión temporal requerida para procesar los pedidos. - Finalmente se propone una metodología para la resolución del Problema Global de Corte y Secuenciación.Gracia Calandin, CP. (2010). Métodos y Algoritmos para resolver problemas de Corte unidimensional en entronos realistas. Aplicación a una empresa del sector Siderúrgico [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7530Palanci

Posicionamiento óptimo de sensores para monitorización continua de estructuras de ingeniería civil

A lo largo de la vida útil las estructuras civiles, los agentes externos a los que están sometidas producen una evolución de su estado, modificando sus características iniciales tales como las propiedades de los materiales, la respuesta frente a las solicitaciones, los modos de vibración principales de la estructura etc., que se traducen en daños en la estructura. Dicho deterioro continuo es el culpable de que con el paso de los años las estructuras civiles dejen de ser aptas para realizar su función y que por lo tanto deban ser sustituidas por otras. Usualmente, resulta más económico monitorizar el estado de la estructura en el tiempo y minimizar su desgaste con el fin de ampliar su vida útil que derrumbarla y reemplazarla por otra nueva que realice la misma función. Dicho motivo económico ha suscitado un creciente interés por el estudio de la monitorización de estructuras civiles en numerosos investigadores en las últimas décadas. Para realizar una monitorización eficiente de estructuras civiles es necesario contar con un software de obtención de datos y de sensores para captar la información modal de la estructura, su respuesta vibracional. La adquisición de los sensores utilizados en la monitorización estructural supone un coste adicional importante, por lo que es conveniente usar el mínimo número de sensores posibles colocados de forma precisa en las posiciones adecuadas para captar una cantidad de información de la estructura adecuada para que su evaluación sea lo más precisa posible. Es decir, se procura optimizar la posición de los sensores para conocer de forma efectiva el comportamiento dinámico de las estructural y de gastar el menor capital posible, lo que se conoce como posicionamiento óptimo de sensores. Los avances tecnológicos de los últimos años han permitido disponer de equipos de monitoreo de estructuras de alta precisión, así como potentes softwares en los que es posible realizar un modelo numérico de estructuras civiles e implementar distintos métodos de posicionamiento óptimo de sensores con un bajo coste computacional. El uso en conjunto de estas tecnologías nos capacita para realizar medidas en todos los grados de libertad de cualquier estructura civil y el monitoreo continuo con distintos métodos de posicionamiento óptimo de sensores, además de poder hacer una comparación entre los resultados obtenidos para concluir cual es el más exacto. Así pues, éste trabajo fin de master consiste en el estudio de los distintos métodos de optimización de posicionamiento de sensores para la monitorización continua de estructural civiles, así como la identificación del método más eficaz para conseguir ahorrar lo máximo posible en el proceso de monitorización de una estructura.Throughout the useful life of civil structures, the external agents to which they are subjected produce an evolution of their state, modifying their initial characteristics such as the properties of materials, the response to loads, the main modes of vibration of the structure, etc., which result in damage to the structure. Due to this continuous deterioration, as time goes by, civil structures stop being suitable to perform and have to be replaced by others. It is usually more economical to track the condition of the structure over time and minimize the damage in order to extend its service life rather than to demolish it and replace it with a new one that performs the same function. This economic motive has aroused a growing interest in the study of civil structure monitoring by numerous researchers in recent decades. To carry out an efficient monitoring of civil structures it is necessary to have a data acquisition software and sensors to capture the modal information of the structure, its vibrational response. The acquisition of sensors used in structural monitoring is an important additional cost, so it is convenient to use the minimum number of sensors precisely placed in the appropriate positions to capture a quantity of information from the appropriate structure to make its evaluation as accurate as possible. That is to say, we try to optimize the position of the sensors to know effectively the dynamic behavior of the structures and to spend as little capital as possible, which is known as optimal sensors placement. Technological advances in recent years have made it possible to have high-precision structural health monitoring equipment, as well as powerful software in which it is possible to make a numerical model of civil structures and implement different methods of optimal sensor positioning at a low computational cost. The joint use of these technologies enables us to perform measurements in all degrees of freedom of any civil structure and continuous monitoring with different methods of optimal sensor positioning, in addition to being able to make a comparison between the results obtained to conclude which is the most accurate. Thus, this final master's thesis consists in the study of the different methods of optimization of sensor positioning for continuous monitoring of civil structures, as well as the identification of the most effective method to achieve maximum savings in the monitoring process of a structure.Universidad de Sevilla. Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puerto

Optimización de un Sistema Flotante de Producción tipo Semisumergible en el Golfo de México

En este trabajo se proponen metodologías y herramientas computacionales para la optimización de la respuesta de movimientos y en la optimización del diseño estructural de plataformas tipo semisumergibles localizadas hipotéticamente en agua nacionales en el Golfo de Mexico en un tirante de agua de 2000 m. Una de las metodologías se aplica en tres diferentes volúmenes de producción (100, 150 y 200 MBD), en la cual se implementa la herramienta de algoritmos genéticos que se encuentra en el software de Matlab (2020a) y las variables de diseño que se consideran son: separación entre columnas, ancho y altura entre columnas, el calado, el ancho y altura de pontones. Por otro lado, para la optimización del diseño estructural se aplica la segunda metodología en la plataforma tipo semisumergible con dimensiones óptimas del volumen de producción de 100 MBD. Esta metodología se aplica en los paneles que se encuentran en la parte central inferior de los pontones y las variables que se consideran son: el espesor del panel, el tipo de atiesadores (placa, ángulo y tipo T), dimensiones de los atiesadores, número de atiesadores y ancho del panel. Finalmente, se lleva a cabo una comparación de las curvas de capacidad de los paneles atiesados óptimos utilizando las ecuaciones que se encuentran en las recomendaciones practicas DNV-RP-C201 y las curvas de capacidad obtenidas de los elementos finitos utilizando el software Abaqus 6.13

Optimización de estructuras aporticadas, mediante un procedimiento de estructuración enfocado en elementos tipo columna

Maestría en IngenieríaStructures are systems designed to withstand stresses satisfying established service levels. All the designs are not identical, they are made by stages that eliminate unsuitable alternatives and in the end an efficient solution must be obtained; the objectives that the structure must meet are established and some fixed characteristics of the design are determined, such as technical specifications of the materials, pre-dimensioning among others. What is sought with the traditional design of structures, is to find a solution that meets the existing requirements according to current regulations. The objective of this work is to find the optimal sections for the cutting elements of a new building, through a mathematical model that will allow to represent in a simplified way the reality of the problem to be modeled. As an objective function of optimization, maximum floor drift was used according to the NSR 10; as variables we have the final cross section of the cutting elements; and as restrictions we have the horizontal displacements in the knots. The theoretical aspects associated to the structural analysis of a new building are described, implementing the equivalent horizontal force method, in regard to the simian analysis, and the method of the rigidity by means of a matrix analysis in relation to the structural analysis for the calculation of the displacements. The concept of optimization, non-linear programming, and the mathematical models associated with this type of programming will also be exposed, until the objective function is formulated with which the objectives set out in this work will be achievedLas estructuras son sistemas destinados a soportar solicitaciones satisfaciendo unos niveles de servicio establecidos. Todos los diseños no son idénticos, se realizan por etapas que eliminan alternativas no adecuadas y al final debe obtenerse una solución eficiente; se establecen los objetivos que debe cumplir la estructura y se determinan algunas características fijas del diseño, como especificaciones técnicas de los materiales, redimensionamiento entre otros. Lo que se busca con el diseño tradicional de estructuras, es hallar una solución que cumpla los requisitos existentes según la normatividad vigente. El objetivo de este trabajo es encontrar las secciones óptimas para los elementos de corte de una edificación nueva, a través de un modelo matemático que permitirá representar de forma simplificada la realidad del problema a modelar. Como función objetivo de optimización se utilizó, deriva máxima de piso según la NSR-10; como variables tenemos la sección transversal final de los elementos de corte; y como restricciones tenemos los desplazamientos horizontales en los nudos. Se describen los aspectos teóricos asociados al análisis estructural de una edificación nueva, implementando el método de la fuerza horizontal equivalente, en lo concerniente al análisis símico, y el método de la rigidez por medio de un análisis matricial en lo referente al análisis estructural para el cálculo de los desplazamientos. También se expondrá el concepto de optimización, la programación no lineal, y los modelos matemáticos asociados a este tipo de programación, hasta llegar a formula la función objetivo con la cual se conseguirán los objetivos planteados en este trabajo