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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Escola Politécnica
 
Engenharia de Estruturas e Geotécnica
 
Disciplina: PEF3521 - Projeto Paramétrico e Prototipagem Rápida de Estruturas
Parametric Design and Prototypimg of Structures

Créditos Aula: 3
Créditos Trabalho: 1
Carga Horária Total: 75 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2018 Desativação:

Objetivos
Familiarizar o estudante com os processos de modelagem paramétrica e otimização estrutural, por meio de um conjunto de softwares de fácil acesso (Rhynoceros/Grashopper/Karamba /Galapagos). Capacitar o aluno para o emprego destas ferramentas ao projeto e análise paramétrica de sistemas estruturais, explorando temas associados à modelagem e análise de sistemas estruturais, como a morfologia estrutural, a busca da forma, a otimização paramétrica e os métodos algorítmicos de projeto (‘generative / evolutionary design’). Aplicar os conceitos e metodologias apreendidas em projetos de protótipos físicos de estruturas, utilizando os recursos de protptipagem rápida discponiveis no âmbito da EPUSP.
 
Familiarize the student with the processes of parametric modeling and structural optimization through a series of easily accessible software (Rhynoceros / Grashopper / Karamba / Galapagos). Enable students to use these tools to parametric design and analysis of structural systems, exploring topics related to modeling and analysis of structural systems, such as structural morphology, shape finding, parametric optimization and algorithmic design ('generative / evolutionary design'). Apply these concepts and methodologies to produce a small scale models, using the rapid prototyping tools available at EPUSP.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
2094628 - Arthur Hunold Lara
7714513 - Leila Cristina Meneghetti Valverdes
5722999 - Luís Antônio Guimarães Bitencourt Júnior
57268 - Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti
 
Programa Resumido
Introdução ao projeto e à análise paramétrica e à suíte de softwares composta por Rhyno3D (modelagem de entidades gráficas paramétricas), Grashopper (programação paramétrica em ambiente Rhyno3D), Karamba (análises simples por meio do Método dos Elementos Finitos) e Galapagos (otimização paramétrica por meio de algoritmos genéticos). Aplicação destas ferramentas para a produção de estrutura-protótipo, em pequena escala, usando materiais de baixo custo, livremente explorando temas associados à morfologia estrutural.
 
Introduction to parametric design and optimization and to software suite composed by Rhino3D (modeling of parametrical graphic elements), Grashopper (parametric programming in Rhyno3D environment), Karamba (simple analyses through the Finite Element Method) and Galapagos (parametric optimization through genetic algorithms). Application of these tools to the construction of a small scale structure, using low-cost materials, frelly exploring themes associated to structural morphology.
 
 
Programa
1. Introdução à Modelagem e Otimização Paramétrica. Conceitos Básicos. Exemplos de aplicações à estruturas de formas complexas. 2. Introdução ao Rhyno3D: configuração do ‘workspace’; comandos básicos, camadas, pontos de controle, linhas, superfícies e sólidos paramétricos; operações geométricas básicas, manipulação de propriedades, formatos de transferência de dados. 3. Conceitos básicos de geometria diferencial: curvas e superfícies paramétricas, sistemas intrínsecos de coordenadas, curvaturas principais, curvatura gaussiana, superfícies sinclásticas e anticlásticas. 4. Introdução ao Grashopper: interface com Rhyno3D, modelagem algorítmica, comandos básicos; componentes, compatibilidade de dados; recursos de visualização, pontos e malha; funções; operações booleanas; transformações, criação e manipulação de vetores, curvas e superfícies paramétricas, NURBS, geometria e topologia; espaço de parâmetros; deformações; modulação; paginação; sistemas de partículas; interface com equipamentos de prototipagem rápida, corte a laser e CNC. 5. Introdução ao Método dos Elementos Finitos ao plug-in Karamba. Decrição dos tipos de análise e tipos de elementos finitos disponíveis. Materiais. Carregamentos. Condições de Controno. Pós-processamento. 6. Introdução aos métodos de otimização via algoritmos genéticos e ao plug-in Galápagos. Interpretação dos parâmetros de projeto como genes artificiais. Funções objetivo. Seleção natural x seleção artifical. Mecanismos de seleção. Atratores. Retrocruzamento. Mutações. Coalescência. 7. Aplicação dos conceitos e das ferraments computacionais estudadas ao projeto, otimização e produção de uma estrutura-protótipo, em pequena escala, empregando materiais facilmente acessíveis e de baixo custo (papelão, isopor de alta densidade, MDF, tubos de PVC, cabos e tecidos). Livre exploração de temas associados à morfologia estrutural.
 
1. Introduction to Parametric Design and Optimization. Basic Concepts. Examples of applications to complex shape structures. 2. Introduction to Rhino3D: setting the workspace; basic commands layers, control points, lines, surfaces and parametric solid, basic geometric operations, handling properties, data transfer formats. 3. Basic differential geometry concepts: curves and parametric surfaces, intrinsic coordinate systems, principal curvatures, Gaussian curvature, synclastic and anticlásticas surfaces. 4. Introduction to Grashopper: interface with Rhyno3D, algorithmic modeling, basic commands; components; data compatibility; visualization features; points and meshes; functions; Boolean operations; transformations; manipulation of vectors, curves and parametric surfaces, NURBS geometry and topology; parameter space; deformations; modulation; pagination; particulate systems; interface with rapid prototyping equipment, laser cutting and CNC. 5. Introduction to the Finite Element Method and to the plug-in Karamba. Description of available types of analysis and elements. Materials. Loadings. Boundary Conditions. Post-processing. 6. Introduction to optimization methods via genetic algorithms using Galapagos. Interpretation of design parameters as artificial genes. Objective functions. Natural x artificial selection. Selection mechanisms. Attractors. Backcrossing. Mutations. Coalescence. 7. Application of the studied concepts and computational tools to the design, optimization and production of a small-scale, prototype structure, employing materials readily available, at low costs (cardboard, high-density polystyrene, MDF, PVC pipes, cables and tissues). Free exploration of themes associated to structural morphology.
 
 
Avaliação
     
Método
Aulas expositivas e práticas, com o emprego de computadores pessoais. Os alunos deverão antecipadamente providenciar o ‘download’ e a instalação dos softwares Rhinoceros, Grasshopper; Karamba e Galapagos em seus próprios computadores. Para os alunos que não dispuserem de recursos próprios, será facilitado o acesso às salas pró-alunos do Prédio da Engenharia Civil.
Critério
MF1 = (3P + 3S + 4T)/10 >= 5,0 MF1: Média final; P:prova escrita; S: seminários e trabalhos durante o semestre; T: trabalho prático final
Norma de Recuperação
Os alunos que tiverem nota superior ou igual a 3 (três) e inferior a 5 (cinco) deverão fazer uma prova ou trabalho de recuperação, sendo a média final: MF2 = (MF1 + REC)/2
 
Bibliografia
     
• Adriaenssens,Sigrid M. et. al., “Shell Structures for Architecture”, Routledge, 2014. • Shober, Hans, “Transparent Shells: Form, Topology, Structure”, Ernst & Sohn GmbH & Co., 2015. • Shodek, Daniel & Bechtold, Martin, "Structures", 7th Ed., Prentice Hall, 2014. • Mohamad Khabazi, Algorithmic Modelling with Grasshopper, 2009. Electronic book. • Arturo Tedeschi (Ed.), AAD Algorithms-Aided Design. Parametric strategies using Grasshopper, 1st Edition, Le Penseur, 2014.
 

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