Otimiza??o do projeto de estruturas treli?adas formadas por perfis tubulares soldados, usando algoritmos gen?ticos e m?todo dos elementos finitos.

Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.Problemas de otimiza??o estrutural param?trica de ordem pr?tica podem envolver um grande n?mero de vari?veis e restri??es, que atendam aos requisitos normativos de seguran?a e desempenho estrutural. A maioria dos problemas de otimiza??o tendem a encontrar o valor m?nimo da fun??o objetivo dentro de um conjunto vi?vel que satisfa?a as restri??es. Entre as t?cnicas de computa??o evolucion?ria, os algoritmos gen?ticos (AGs) tem sido utilizados com sucesso para a otimiza??o de estruturas, incluindo os sistemas treli?ados. Esse estudo prop?e uma metodologia interativa automatizada para a otimiza??o de estruturas baseada na integra??o de dois programas comerciais: Ansys e Matlab. O script desenvolvido utiliza-se do M?todo dos Elementos Finitos para a an?lise da estrutura, em conjunto com os Algoritmos Gen?ticos para a otimiza??o. O objetivo do estudo ? avaliar a aplicabilidade, precis?o e efici?ncia da metodologia proposta. Foram resolvidos 3 exemplos num?ricos de treli?as com 3, 10 e 19 barras com a metodologia proposta, envolvendo vari?veis cont?nuas. O valor de fun??o objetivo (aptid?o) encontrado para a treli?a de 3 barras foi 3,27% inferior ao resultado da literatura. Por outro lado, os resultados de fun??o objetivo obtidos para as treli?as de 10 e 19 barras foram respectivamente 0,05% e 2,22% superiores aos resultados da literatura. Assim, os resultados obtidos permitiram concluir que a metodologia proposta em conjunto com os Algoritmos Gen?ticos ? uma ferramenta eficaz na busca do ?timo global de problemas de otimiza??o. Posteriormente foram realizados ainda outros dois experimentos em rela??o ? treli?a de 19 barras, considerando vari?veis discretas. O valor de fun??o objetivo obtido no experimento que levava em considera??o restri??es normativas baseadas na norma ABNT NBR 16239 (2013) foi 5% inferior ao valor obtido com vari?veis continuas e restri??es do c?digo EN 1993-1-1 (2005). Por ?ltimo, procedeu-se a verifica??o ? fadiga de uma das liga??es tubulares da treli?a de 19 barras, utilizando-se a abordagem tens?o-vida. O n?mero de ciclos ? fadiga esperado para a liga??o da treli?a utilizando-se as tens?es obtidas por meio do MEF e tens?es obtidas de forma anal?tica foi considerado praticamente infinito.Practical parametric structural optimization problems can involve a large number of variables and constraints that meet regulatory requirements for safety and structural performance. Most optimization problems tend to find the minimum value of the objective function within a viable set that satisfies the constraints. Among evolutionary computational techniques, genetic algorithms (GAs) have been successfully used for the optimization of structures, including truss systems. This study proposes an automated interactive methodology for the optimization of structures based on the integration of two commercial programs: Ansys and Matlab. The developed script uses the Finite Element Method for analysis of the structure, together with the Genetic Algorithms for optimization. The objective of the study is to evaluate the applicability, precision and efficiency of the proposed methodology. Three numerical examples of truss with 3, 10 and 19 bars were solved with the proposed methodology, involving continuous variables. The objective function value (fitness) found for the 3-bar truss was 3.27% lower than the literature result. On the other hand, the objective function results obtained for the trusses of 10 and 19 bars were respectively 0.05% and 2.22% higher than the results in the literature. Thus, the results obtained allowed to conclude that the methodology proposed in conjunction with the Genetic Algorithms is an effective tool in the search for optimum global optimization problems. Subsequently, two other experiments were performed in relation to the truss of 19 bars, considering discrete variables. The objective function value obtained in the experiment that considered normative restrictions based on the pipe standard (ABNT NBR 16239, 2013) presented a lower value (approximately 5%) when compared to the experiment with continuous variables and European code EN 1993-1-1 (2005) restrictions. Finally, the fatigue test was performed on one of the hollow sections joints of the 19-bar truss, using the stress-life approach (S-N), based on the geometric stress. The number of cycles at the fatigue expected for the truss connection using the stress obtained by MEF and stress obtained analytically was considered practically infinite

Integration methodology of different softwares for constrained tubular truss size optimization problems

Problemas de otimização estrutural paramétrica de ordem prática podem envolver um grande número de variáveis e restrições, que atendam aos requisitos normativos de segurança e desempenho estrutural. A maioria dos problemas de otimização tendem a encontrar o valor mínimo da função objetivo dentro de um conjunto viável que satisfaça as restrições. Entre as técnicas de computação evolucionária, os algoritmos genéticos (AGs) tem sido utilizados com sucesso para a otimização de estruturas, incluindo os sistemas treliçados. Esse artigo propõe uma metodologia interativa automatizada para a otimização de estruturas baseado na integração de dois programas comerciais: ANSYS e MATLAB. O script desenvolvido utiliza-se do MEF para a análise da estrutura, em conjunto com os Algoritmos Genéticos para a otimização. O objetivo do artigo é avaliar a aplicabilidade, precisão e eficiência da metodologia proposta. Foram resolvidos 2 exemplos numéricos de treliças com a metodologia proposta, treliça clássica da literatura e treliça com restrições normativas. Os resultados mostram que a metodologia é adequada para a solução de problemas de otimização estrutural paramétrica com uma boa precisão dos resultados.Practical size structural optimization problems can involve a large number of variables and constraints that meet regulatory requirements for safety and structural performance. Most optimization problems tend to find the minimum value of the objective function within a feasible set that satisfies the constraints. Among evolutionary computation techniques, genetic algorithms (GAs) have been successfully used for the optimization of structures, including lattice systems. This article proposes an automated interactive methodology for the optimization of structures based on the integration of two commercial programs: ANSYS and MATLAB. The developed script uses the Finite Element Method for the analysis of the structure, together with the Genetic Algorithms for the optimization. The objective of the article is to evaluate the applicability, precision and efficiency of the proposed methodology. Two numerical examples of trusses were solved with the proposed methodology, classic truss of the literature and truss with normative restrictions. The results show that the methodology is adequate for the solution of size structural optimization problems with a good precision of the results.Peer Reviewe

Análise do desempenho térmico da escola municipal do projeto de reassentamento de Bento Rodrigues, Mariana-MG

The study of the thermal behavior of buildings has shown itself to be increasingly important in the search for a thermally balanced environment, favoring the comfort of users and, consequently, greater performance in the activities to be developed on site. The objective of this work is to evaluate the thermal performance of the Escola Municipal de Bento Rodrigues. It also seeks to analyze design strategies that impact the thermal performance of the building, in order to support decisions in the execution of the work and in future constructions in the region. The evaluation procedure adopted in this work is based on computer simulations in the EnergyPlus program, adopting as evaluation criteria the guidelines of standard NBR 15575. The results referring to the internal temperatures, generated by the simulations in the EnergyPlus program, demonstrated that the classrooms of the Escola Municipal de Bento Rodrigues present, in general, an adequate thermal performance. In the computational simulations of the parametric analyses, it was found that, considering Bioclimatic Zone 3, the opening of the rooms must be oriented to the north or to the south; the natural ventilation of the rooms is an important condition in the removal of excess heat from the environment; the characteristics of the closures indicated by the NBR 15575 standard provide adequate thermal performance; and the choice of floor finish does not generate significant changes in the building's thermal behavior.O estudo do comportamento térmico de edificações tem-se mostrado cada vez mais importante na busca por um ambiente equilibrado termicamente, favorecendo o conforto dos usuários e consequente maior rendimento das atividades a serem desenvolvidas no local. O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho térmico da Escola Municipal de Bento Rodrigues. Busca-se também analisar estratégias de projeto que impactam no desempenho térmico da edificação, a fim de subsidiar decisões na execução da obra e em futuras construções na região. O procedimento de avaliação adotado neste trabalho é baseado em simulações computacionais no programa EnergyPlus adotando-se como critérios de avaliação as  diretrizes da norma NBR 15575. Os resultados referentes às temperaturas internas, gerados pelas simulações no programa EnergyPlus demonstraram que as salas de aula da Escola Municipal de Bento Rodrigues apresentam, de modo geral, desempenho térmico adequado. Nas simulações computacionais das análises paramétricas, verificou-se que, considerando a Zona Bioclimática 3, a abertura das salas deve estar orientada para o norte ou para o sul; a ventilação natural das salas é um condicionante importante na retirada do excesso de calor do ambiente; as características dos fechamentos indicados pela norma NBR 15575 proporcionam um desempenho térmico adequado; e a escolha do acabamento de piso não gera alterações significativas no comportamento térmico da edificação

Fadiga em estruturas metálicas tubulares soldadas.

Perfis tubulares estruturais de seção circular e retangular são usados extensamente no campo da construção e da engenharia mecânica em todos os tipos de estruturas, tais como plataformas offshore, torres de comunicação, condutores de fluidos, pontes, passarelas e outras, sob diferentes tipos de carregamento. Essas estruturas quando submetidas a cargas cíclicas, ainda que em situação de baixa tensão nominal, podem resultar num enfraquecimento progressivo, localizado e posterior ruptura do material, o que representa o fenômeno da fadiga. Quando se trata de estruturas soldadas, o comportamento à fadiga é condicionado pela existência de descontinuidades geométricas que produzem concentração de tensões mais ou menos severas. A ocorrência de pontos de concentração de tensões pode levar a iniciação e posterior propagação de trincas de fadiga. Muitas análises de fadiga em ligações soldadas foram têm sido feitas, levando em conta o carregamento dinâmico, que representa a principal causa dos problemas relativos a esses tipos de estruturas. Neste trabalho é feita uma revisão bibliográfica do fenômeno da fadiga e seu comportamento em estruturas tubulares soldadas. São analisados os procedimentos adotados em algumas normas de dimensionamento de estruturas metálicas para a verificação de fadiga. São finalmente estudados dois exemplos práticos de estruturas tubulares usando os métodos de cálculo da tensão geométrica e classificação segundo o Eurocode 3 (2005) e CIDECT 8 (2000).Circular and rectangular hollow sections are used extensively in the field of the construction and mechanical engineering in all types of structures, such as offshore platforms, towers of communication, fluid conductors, bridges, footbridges and others, under different types of loading. These structures when submitted to cyclical loads, although in situation of low nominal stress, can result in a gradual weakness, with posterior rupture of the material, that represents the phenomenon of fatigue. In case of welded structures, the fatigue behavior is conditioned by the existence of geometric discontinuities that produce more or less severe stress concentration. The occurrence of points of stress concentration can take the initiation and posterior fatigue crack propagation. Many analyses of fatigue in welded joint have been made, taking in account the dynamic loading, that represents the main cause of problems in these kind of structures. In this work, a revision of the phenomenon of fatigue and its behavior in welded tubular structures are. The procedures adopted on some design codes to fatigue verification of steel structures are analyzed. Finally two practical examples of tubular structures are studied using hot spot stress and classification method by Eurocode 3 (2005) and CIDECT 8 (2000)

Integration methodology of different softwares for constrained tubular truss size optimization problems

Practical size structural optimization problems can involve a large number of variables and constraints that meet regulatory requirements for safety and structural performance. Most optimization problems tend to find the minimum value of the objective function within a feasible set that satisfies the constraints. Among evolutionary computation techniques, genetic algorithms (GAs) have been successfully used for the optimization of structures, including lattice systems. This article proposes an automated interactive methodology for the optimization of structures based on the integration of two commercial programs: Ansys and Matlab. The developed script uses the Finite Element Method for the analysis of the structure, together with the Genetic Algorithms for the optimization. The objective of the article is to evaluate the applicability, precision and efficiency of the proposed methodology. Two numerical examples of trusses were solved with the proposed methodology, classic truss of the literature and truss with normative restrictions. The results show that the methodology is adequate for the solution of size structural optimization problems with a good precision of the results

An?lise de fadiga de liga??es soldadas de barras de a?o tubulares.

Nesse trabalho ? apresentada uma an?lise de fadiga de liga??es soldadas formadas por perfis estruturais tubulares de a?o. ? apresentado o procedimento de estimativa de vida ?til ? fadiga dessas liga??es por meio dos m?todos da tens?o geom?trica e da tens?o nominal, estabelecidos no CIDECT 8 e Eurocode 3, com abordagem baseada em ciclos de tens?o (curvas S-N). A filosofia de projeto associada a esta abordagem ? a de vida garantida, que deve proporcionar um n?vel aceit?vel de confiabilidade da estrutura sem inspe??es peri?dicas. O modelo analisado foi o de uma ponte met?lica treli?ada, sendo apresentada uma discuss?o entre esses dois m?todos abordando vantagens e limita??es. Os resultados obtidos permitiram determinar qual m?todo ? melhor aplic?vel para uma dada situa??o de projeto

Avaliação do comportamento térmico e acústico de contêineres utilizados como edificações no canteiro de obras

No Brasil, a tecnologia do contêiner como sistema de construção possui o uso preservado em canteiros de obras como escritórios, almoxarifado e estocagem de materiais e ferramentas. No entanto, observam-se poucos trabalhos de abordagens experimentais focadas na análise do comportamento térmico e acústico de contêineres usados como edificações. Desse modo, o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento térmico e acústico de contêineres utilizados como área de apoio em canteiros de obra, realizando medições das variáveis térmicas e acústicas in loco. Por meio de uma pesquisa empírica, são analisados três contêineres de 20 pés (dimensões externas de 2,438 m de largura × 2,591 m de altura × 6,058 m de comprimento), situados na zona bioclimática 3, adaptados como escritório com banheiro e depósito de materiais no canteiro de obras. As variáveis térmicas, temperatura do ar e temperatura superficial dos fechamentos verticais, e níveis de pressão sonora internos e externos são obtidos por meio de medições in loco baseadas em normas nacionais. Os resultados obtidos permitem concluir que, em relação ao desempenho térmico, o uso de revestimento interno nas paredes e na cobertura com camada de lã de vidro implica em uma variação significativa entre a temperatura máxima interna e a externa. Mas, vale ressaltar que, em condições de infiltração de ar na edificação, essa estratégia não é capaz de garantir desempenho térmico adequado para a zona bioclimática 3, sendo necessário algum tipo de sistema de condicionamento artificial.  No entanto, a composição dos fechamentos com camada isolante proporciona qualidade acústica ao ambiente, mantendo os níveis de pressão sonora abaixo de valores limites especificados pelas normas nacionais.</p

Avaliação do comportamento térmico e acústico de contêineres utilizados como edificações no canteiro de obras

No Brasil, a tecnologia do contêiner como sistema de construção possui o uso preservado em canteiros de obras como escritórios, almoxarifado e estocagem de materiais e ferramentas. No entanto, observam-se poucos trabalhos de abordagens experimentais focadas na análise do comportamento térmico e acústico de contêineres usados como edificações. Desse modo, o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento térmico e acústico de contêineres utilizados como área de apoio em canteiros de obra, realizando medições das variáveis térmicas e acústicas in loco. Por meio de uma pesquisa empírica, são analisados três contêineres de 20 pés (dimensões externas de 2,438 m de largura × 2,591 m de altura × 6,058 m de comprimento), situados na zona bioclimática 3, adaptados como escritório com banheiro e depósito de materiais no canteiro de obras. As variáveis térmicas, temperatura do ar e temperatura superficial dos fechamentos verticais, e níveis de pressão sonora internos e externos são obtidos por meio de medições in loco baseadas em normas nacionais. Os resultados obtidos permitem concluir que, em relação ao desempenho térmico, o uso de revestimento interno nas paredes e na cobertura com camada de lã de vidro implica em uma variação significativa entre a temperatura máxima interna e a externa. Mas, vale ressaltar que, em condições de infiltração de ar na edificação, essa estratégia não é capaz de garantir desempenho térmico adequado para a zona bioclimática 3, sendo necessário algum tipo de sistema de condicionamento artificial.  No entanto, a composição dos fechamentos com camada isolante proporciona qualidade acústica ao ambiente, mantendo os níveis de pressão sonora abaixo de valores limites especificados pelas normas nacionais