Corrientes

Diseño Estructural: becario propone optimizar propuestas mediante algoritmos genéticos

Publicado en abril 3, 2024.

Las estructuras metálicas de ingeniería podrían mejorar sus diseños iniciales utilizando software computacional. Bruno Gerometta, un estudiante de Ingeniería de la UNNE, propone una técnica que utilizan las operaciones genéticas para ofrecer una gama de soluciones. Su investigación la realizará gracias a una Beca de Pregrado otorgado por la Secretaría General de Ciencias y Técnica de la UNNE.

Usualmente, la metodología de diseño de los sistemas estructurales está relacionada con la experiencia del ingeniero estructuralista o con las limitaciones propias del proyecto de ingeniería/arquitectura, descartando en general cualquier análisis de optimización que tienda a mejorar el diseño inicial.

El concepto de sistema estructural en ingeniería hace referencia al conjunto de elementos que vinculados entre sí transmiten las cargas y los pesos de una edificación a los apoyos, garantizando el equilibrio y la estabilidad, sin sufrir deformaciones que pongan en riesgo la obra.

En el caso de las estructuras metálicas el problema de mejorar un diseño se complica aún más, porque la estructura se limita al empleo de determinados materiales: perfiles conformados, chapas plegadas, barras o secciones con facilidades constructivas.

Una alternativa para el análisis de optimización de estas estructuras es el empleo de técnicas de simulación numérica. Confiado en que el desarrollo de una herramienta evalúe el comportamiento de una estructura metálica será de gran utilidad, el estudiante de la Facultad de Ingeniería de la UNNE Bruno Gerometta, propone diseñar un software computacional basado en Algoritmos Genéticos (AG) que posibilitará mejorar el diseño estructural de sistemas reticulados.

En esencia un AG es una técnica de optimización que utiliza operaciones genéticas como selección, cruce y mutación para generar una población de soluciones candidatas y evolucionarlas a lo largo del tiempo para encontrar una solución óptima.

El proyecto de Gerometta se denomina “Análisis numérico del comportamiento dinámico de estructuras livianas aplicado al diseño geométrico óptimo” y lo llevará adelante gracias a una Beca de Pregrado otorgada por la Secretaría General de Ciencia y Técnica de la UNNE. El trabajo estará orientado por los docentes investigadores, Mg Ing. Ricardo Barrios D’Ambra y el Dr. Ing. Javier Mroginski del Grupo de Investigación en Mecánica Computacional, del Laboratorio de Mecánica Computacional (LAMEC) de la Facultad de Ingeniería de la UNNE.

El punto de partida del trabajo de Gerometta es que considera posible “simular numéricamente el comportamiento dinámico de estructuras metálicas usando Método de Elementos Finitos combinados con técnicas de Algoritmos Genéticos para obtener soluciones geométricas óptimas”.

La herramienta numérica más empleada y con mayor potencialidad para resolver problemas de búsqueda de soluciones heurísticas es tal vez el método de Algoritmos Genéticos (AG). Por soluciones heurísticas se conoce al procedimiento que intenta producir soluciones buenas o aproximadas a un problema, de forma rápida. Si bien el marco teórico de estas técnicas no es tan robusto como el de las técnicas de optimización determinísticas (basadas en gradientes) habitualmente conducen a mejores soluciones cuando el problema posee multiplicidad de mínimos locales.

El becario planteará la solución al problema de diseño estructural a partir del desarrollo de un software AG de optimización multiobjetivo. La principal finalidad será la de brindar un diseño estructural de sistemas reticulados que cumpla con las cualidades técnicas, seguridad y economía.

Sistema reticulado es un término genérico que hace referencia a una estructura creada con barras interconectadas en forma de triángulos para crear una red. Las uniones de las barras se llaman nudos, y estos pueden ser rígidos o articulados. También son conocidas como estructura reticulada o de barras.

Las propuestas de diseño que surjan del software desarrollado serán sometidas a una simulación para ver el comportamiento mecánico. Las estructuras serán sometidas a cargas dinámicas para determinar posibles configuraciones que precipiten modos de vibración que puedan repercutir con las cargas externas: viento, sismo, maquinarias y otras.

La metodología general a utilizar se denomina Mecánica Computacional, es decir la reproducción de fenómenos naturales con el auxilio de computadoras. Específicamente, se empleará el Método de Elementos Finitos para determinar el estado tensional en condiciones estáticas y dinámicas.

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