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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Isabel Moreira de Oliveira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Pauletti, Ruy Marcelo de Oliveira (Presidente)
Adriaenssens, Sigrid
Celani, Maria Gabriela Caffarena
Título em inglês
Development of a new connection system for reticulated shell structures using parametric modeling and digital fabrication.
Palavras-chave em inglês
Connection system
Grid shell
Gridshell
Joint
Parametric programming
Reticulated shell
Resumo em inglês
Lightweight structures in grid form made of bar elements joined together with nodes reticulated shells, or gridshells. Different gridshell structural systems are studied, and a new connection system and method for generating this system are proposed. The connection system applies to structures with surfaces that have a high variability of curvature and connection parameters. Prior to the development of such a connection, the choices of materials, existing types of connections, grid patterns, cladding systems, optimization methods, and structural analysis evaluation are presented. Each enumerated aspect enables a well-reasoned development of the connection. The connection uses standardized hub geometries and interconnecting parts. The bars of the structure connect to the hubs through these interconnecting parts, which absorb varying parameters of the connection, such as incidence angle, twist angle, adjacency angles, and the fabrication tolerance of bar lengths and bolted connections. The aim is to provide a system that can be assembled quickly, disassembled and reused. A parametric modeling environment is used to model global and local geometry of meshes and nodes. Inputs for the programmed parametric definition include a mesh, geometry of the hub notch, and bars cross-sections; outputs include bar lengths, interconnecting parts geometries, and assembly information. A structural stability analysis is conducted with parametric finite element software. A small-scale physical model is presented, serving as a proof of the concept developed within the computational modeling environment. The scalability of the model is discussed, taking as a starting point the experience of the production of the small-scale model. Tensile tests results of the printed material and connection are provided.
Título em português
Desenvolvimento de um novo sistema de conexão para estruturas reticuladas utilizando modelagem paramétrica e fabricação digital.
Palavras-chave em português
CAE
Conexões estruturais
Estruturas reticuladas
Programação paramétrica
Sistema de conexão
Resumo em português
Estruturas leves em forma de grade formadas por elementos de barra unidos por nós são chamadas de estruturas reticuladas, ou gridshells. Diferentes sistemas estruturais são estudados, e um novo sistema estrutural e método de geração deste sistema são propostos. O sistema de conexão pode ser usado em estruturas de superfícies de curvaturas e parâmetros de conexão variáveis. Antes do desenvolvimento deste sistema, as escolhas de materiais, tipos existentes de conexões, padrões da grade, sistemas de revestimento, métodos de otimização e avaliação de análise estrutural são apresentados. Cada aspecto enumerado permite o desenvolvimento bem fundado do sistema de conexão. A conexão desenvolvida utiliza um perfil padronizado, chamado de hub, e peças conectoras. As barras da estrutura se unem aos hubs através destas peças conectoras, que absorver parâmetros variados da conexão, como ângulo de incidência, ângulo de torção, ângulos de adjacência, e tolerância de fabricação de tamanhos das barras e conexões aparafusadas. A meta é produzir um sistema que possa ser rapidamente montado, desmontado e reutilizado. Um ambiente paramétrico de modelagem é utilizado para modelar geometrias globais e locais de malhas e nós. Dados de entrada da definição paramétrica inclui uma malha, geometria das ranhuras do hub, e seção transversal das barras; dados de saída inclui tamanho das barras, geometrias das peças conectoras, e informação de construção. Uma análise de estabilidade estruturas é conduzida com software paramétrico de elementos finitos. Um modelo físico é apresentado, servindo de validação do conceito desenvolvido no ambiente de modelagem computacional. A escalabilidade do modelo é discutida, sendo levada como ponto de partida a experiencia da produção do modelo de pequena escala. Os resultados dos ensaios de tração do material e da conexão são fornecidos.
 
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Data de Publicação
2019-11-26
 
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