Otimização de um dissipador de energia metálico cilíndrico ranhurado

Abstract

Dissipadores metálicos são dispositivos de proteção estrutural que dissipam energia através do mecanismo de deformação plástica dos metais. Esses dispositivos fazem parte de sistemas de dissipação de energia passiva e têm como objetivo proteger os principais componentes estruturais dos efeitos nocivos causados por excitações dinâmicas como eventos sísmicos ou fortes rajadas de vento. Este estudo descreve o processo de otimização da forma de um dissipador de energia metálico cilíndrico vazado ranhurado. Para o seu desenvolvimento foram elaboradas 5 configurações iniciais com 5 tipos diferentes de ranhuras, permitindo determinar de qual configuração o melhor modelo otimizado é obtido. Para o processo de otimização, é elaborado um código computacional utilizando a linguagem de programação Python, o qual contém as instruções a serem executadas no software de elementos finitos Abaqus. Além de conter as instruções para a geração do modelo e sua análise em elementos finitos, o código desenvolvido contém as instruções do algoritmo Simulated Annealing e as heurísticas de mudança, cabendo ao algoritmo comparar a energia dissipada por dois modelos, dependendo do critério de aceitação, uma configuração é selecionada e submetida às heurísticas de mudança de forma para gerar uma nova configuração alterando o material dos elementos de acordo com os valores de tensão obtidos. A partir dos resultados obtidos, determinou-se que através do processo de otimização proposto é possível obter modelos otimizados com comportamento histerético estável e com uma capacidade de dissipação de energia significativamente maior que os modelos iniciais. Finalmente determinou-se que através de ranhuras do tipo vertical é possível obter um modelo otimizado com maior capacidade de dissipação de energia e usando menos iterações no processo de otimização.

Metal sinks are structural protection devices that dissipate energy through the plastic deformation mechanism of metals. These devices are part of passive energy dissipation systems and aim to protect the main structural components from the harmful effects that can cause dynamic excitations such as events seismic or strong gusts of wind. This study describes the optimization process of the shape of a metallic cylindrical plate damper. For its development, 5 initial configurations were elaborated with 5 different types of slits to determine from which configuration the best optimized model is obtained. For the optimization process, a code is elaborated using the Python programming language, the code contains the instructions to be executed in the Abaqus finite element software. In addition to containing the instructions for the generation of the model and its analysis in finite elements, the code contains the instructions of the Simulated Annealing algorithm and the change heuristics, and the algorithm must compare the energy dissipated by two models, depending on the acceptance criteria, a configuration is selected and subjected to shape change heuristics to generate a new configuration by changing the material of the elements according to the stress values obtained. From the results obtained, it was determined that through the proposed optimization process it is possible to obtain optimized models with stable hysteretic behavior and with a significantly higher energy dissipation capacity than the initial models. It was finally determined that through slits of the type vertical is possible to obtain the optimized model with greater energy capacity and using fewer iterations in the optimization process.