Browsing by Author "Zegard, Tomás"
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- ItemForm-finding of grid-shells using the ground structure and potential energy methods : a comparative study and assessment(2018) Jiang, Yang; Zegard, Tomás; Baker, William F.; Paulino, Glaucio H.
- ItemFree-form discontinuity layout optimization for geotechnical and general plasticity applications(2021) Salinas González, Diego Cristóbal; Zegard, Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl método de optimización por discontinuidades o discontinuity layout optimization (DLO) es un método que aproxima numéricamente la superficie de falla en suelos, hormigón y materiales similares. El método aproxima la superficie de falla crítica utilizando discontinuidades representadas por segmentos o planos en dos y tres dimensiones, respectivamente. Estas discontinuidades se seleccionan a través de un problema de optimización de una red altamente redundante de discontinuidades previamente generadas. La falta de popularidad del método se debe en parte a la dificultad para generar un espacio de solución lo suficientemente rico; es decir, una red de discontinuidades redundante. Este problema aumenta cuando el dominio de análisis se compone de varias capas de material, un escenario común en la ingeniería geotécnica. Este trabajo propone dos métodos de generación de discontinuidades; el primero para dominios de dos dimensiones y el segundo para dominios de tres dimensiones. El primero permite la generación de discontinuidades en dominios no estructurados e irregulares, incluyendo diferentes capas de material en dicho dominio. Para el caso tridimensional, el método también permite incluir diferentes capas de material en el dominio; sin embargo, a pesar de funcionar en dominios no estructurados e irregulares, no produce resultados satisfactorios en dominios de estas características. Además, este trabajo propone extensiones a la formulación estándar de DLO que permiten: (1) considerar el análisis de agua subterránea y (2) calcular el factor de seguridad crítico de un problema.
- ItemGeometrical aspects of lateral bracing systems: Where should the optimal bracing point be?(2014) Zegard, Tomás; Baker, William F.; Mazurek, Arkadiusz; Paulino, Glaucio H.
- ItemGRAND - Ground structure based topology optimization for arbitrary 2D domains using MATLAB(2014) Zegard, Tomás; Paulino, Glaucio H.
- ItemOptimización topológica en fachadas de edificios de gran altura bajo múltiples cargas(2022) Celis Harvey, Sergio; Zegard, Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos sistemas estructurales en edificios de gran altura están fuertemente influenciados por las cargas laterales, típicamente viento y sismos. Durante la presente investigación será estudiado el desempeño estructural bajo la influencia del primero de estos casos. Además, se explorará el uso de la optimización topológica basada en la densidad con la finalidad de obtener diseños óptimos, los cuales pueden ser interpretados como un sistema estructural eficiente en su desempeño bajo ciertas restricciones. En este contexto, el objetivo principal de la investigación es comprobar que la incorporación de la optimización estructural, en específico, la topológica, puede verificar las guías clásicas de estructuración para edificios de gran altura. Al mismo tiempo, se espera expandir el abanico conocido de diseños estructurales que resisten eficientemente las cargas laterales. Esto se logra buscando la mejor forma de distribuir espacialmente una determinada y limitada cantidad de material disponible. Para hacerlo, en primer lugar, se implementan computacionalmente herramientas numéricas de análisis estructural en base a teoría de elementos finitos, para las cuales se modelan y calculan ejemplos, los que se comparan con los resultados teóricos para verificar su correcto funcionamiento. Posteriormente, se programa la optimización topológica, considerando simetría y repetición de patrones. La simetría y la repetición de patrones son restricciones de manufactura usualmente necesarias para que los diseños sean prácticos y aplicables a las obras de ingeniería. Una vez implementadas ambas herramientas de análisis, se modela y analizan ejemplos de edificios, para finalmente generar conclusiones en base a los resultados obtenidos. En particular, la presente tesis valida la hipótesis planteada y se generan recomendaciones de diseño para edificios de gran altura sujetos a cargas de viento. La cuantificación realizada en esta investigación posibilitará la evaluación de estructuras óptimas desde un punto de vista de costo y desempeño.
- ItemSimultaneous discrete and continuum multiresolution topology optimization(2023) Mejías Salinas, Gonzalo Alejandro; Zegard, Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn el campo de las estructuras continuas, los métodos basados en la densidad para la optimización topológica son bien conocidos y ampliamente estudiados. Asimismo, en el área de estructuras de elementos discretos (cuasi-) óptimos existe un trabajo significativo que incluso puede considerar modelos constitutivos no lineales. Este trabajo busca sentar un precedente al combinar estas estrategias, es decir, optimizar la topología de elementos continuos y discretos simultáneamente con la posibilidad de incluir modelos constitutivos no lineales para los elementos discretos. La optimización simultánea de continuo y discreto plantea varios desafíos matemáticos y numéricos, algunos de los cuales han sido documentados previamente. El presente trabajo aborda una gran cantidad de estos desafíos y presenta una implementación computacional robusta y estable como prueba de concepto.
- ItemStructural Optimization of Nervi-type shells, through the gradient method(2023) Vergara Henríquez, Fernanda Paz; Zegard, Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn este trabajo se presenta una técnica basada en datos mecánicos para trazar y diseñar nervios de refuerzo de forma (casi) optima en una estructura laminar. La disposición sigue las líneas principales de tensión del continuo de la cáscara estructural, las que se obtienen a partir de un análisis de elementos finitos. Estas líneas no tienen por qué coincidir con los nodos (o vértices) de la discretización de elementos finitos, lo que constituye una novedad crucial de este trabajo. La contribución a la rigidez de estos elementos de refuerzo (discreto) se reparte (o distribuye) entre los nodos del continuo utilizando un enfoque de conservación de la energía. Por último, las secciones transversales de los elementos de refuerzo se optimizan mediante un optimizador basado en gradientes. Las capacidades, dificultades y restricciones del método propuesto se presentan utilizando tres ejemplos con un único caso de carga estática cada uno. Estos ejemplos sugieren que el método propuesto supera sistemáticamente las disposiciones estructuradas y ortogonales de los elementos de refuerzo.
- ItemTHE APPLICATION OF 2D AND 3D GRAPHIC STATICS IN DESIGN(2018) Hartz, C.; Mazurek, A.; Miki, M.; Zegard, Tomás; Mitchell, T.; Baker, W. F.
- ItemTopology optimization with optimal design subdomain selection(2023) Suau Salas, Matías Ignacio; Zegard, Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa optimización topológica es una técnica para resolver el problema de distribución de materiales. Sin embargo, la consideración de las restricciones de fabricación dentro del algoritmo puede ser un desafío. Un tipo de restricción de fabricación que no se ha abordado a fondo es la capacidad de seleccionar de manera óptima entre un conjunto de subdominios de diseño. Ejemplos de situaciones que pueden requerir tal restricción en su proceso de diseño son: la ubicación y forma óptimas de las aberturas en una viga alveolada, el diseño y ubicación óptima de una cepa de puente, y el diseño y ubicación de un sistema de outriggers para un edificio de gran altura, por mencionar algunos. Este artículo presenta una formulación novedosa para abordar el problema de selección y diseño de subdominios óptimos que se basa en una extensión de la conocida formulación SIMP. La formulación propuesta selecciona de manera óptima los subdominios de diseño en estructuras (2D y 3D), las cuales son topológicamente optimizadas en paralelo con el resto del dominio de diseño que no pertenece a ningún subdominio.
- ItemUnraveling tensegrity tessellations for metamaterials with tunable stiffness and bandgaps(2019) Liu, K.; Zegard, Tomás; Pratapa, P. P.; Paulino, G. H.