Otimização topológica de treliças considerando o colapso progressivo devido às incertezas intrínsecas e epistêmicas

• Autor(a) principal: Silva, Lucas Araújo Rodrigues da
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-08062022-120236/
• topic: Colapso Progressivo; Confiabilidade Estrutural; Latent Failure Probability; Otimização Baseada em Confiabilidade; Otimização de Riscos; Otimização Topológica; Probabilidade de falha latente; Progressive Collapse; Reliability-Based Optimization; Risk Optimization; Structural Reliability; Topology Optimization

O colapso progressivo é um fenômeno que tem recebido crescente atenção de engenheiros e pesquisadores nos últimos anos. O estudo do projeto ótimo de estruturas considerando de forma objetiva a redistribuição dos esforços devido à falha progressiva dos elementos é recente. Neste contexto, esta pesquisa trata da otimização topológica de treliças levando em conta incertezas aleatórias e epistêmicas e o colapso progressivo dos elementos. As topologias ótimas foram obtidas com base na abordagem ground structure. As incertezas foram consideradas no problema de otimização por meio das formulações RBDO (Reliability Based Design Optimization) e RO (Risk Optimization). O colapso progressivo foi introduzido nas análises através da consideração da capacidade de redistribuição dos esforços após a falha dos elementos. A influência dos fatores não estruturais, representados por incertezas epistêmicas, foi avaliada por meio do uso de uma formulação baseada no conceito de probabilidade de falha latente. O método PSO (Particle Swarm Optimization) foi empregado na solução dos problemas de otimização. A confiabilidade dos sistemas foi avaliada por meio de técnicas de simulação. Os exemplos analisados mostraram que as incertezas epistêmicas têm um grande impacto nas topologias ótimas obtidas pelas formulações baseadas em confiabilidade e em riscos. Verificou-se que, para pequenos valores da probabilidade de falha latente, as estruturas ótimas são isostáticas. No entanto, quando essa probabilidade passa a apresentar valores consideráveis, constatou-se que as soluções ótimas se tornam hiperestáticas. Com base nisso, observou-se a existência de dois pontos de transição, denominados Limiar Hiperestático e Limiar de Redundância. Concluiu-se que esses limiares são influenciados pela probabilidade de falha latente e pelos índices de confiabilidade alvo ou fatores de custos considerados na otimização, tendo grandes efeitos na confiabilidade e nos custos das topologias ótimas. Com base nos resultados obtidos, tem-se que a probabilidade de falha latente, apesar de ser um conceito idealizado, é uma ferramenta simples para imposição de níveis mínimos de redundância nas soluções ótimas. Logo, os resultados desta pesquisa são pertinentes à Engenharia Civil, considerando a tendência atual de inclusão de robustez nos projetos estruturais.