Jäykistävän kuilurakenteen suunnitteluprosessin automatisointi
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2020-10-19
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
fi
Pages
82+7
Series
Abstract
Tässä työssä tutkitaan algoritmiavusteisen suunnittelun luomia mahdollisuuksia jäykistävien kuilurakenteiden suunnitteluprosessin automatisoinnille. Perinteisessä suunnitteluprosessissa syntyy paljon manuaalista, toistuvaa työtä, joka voidaan automatisoida sopivan algoritmin avustuksella. Manuaalista työtä kerääntyy etenkin tietojen siirtämisessä ohjelmasta toiseen ja rakenteiden manuaalisesta optimoimisesta erilaisten laskentapohjien avustuksella. Työn tarkoituksena näin ollen on tutkia tapoja, joiden avulla suunnitteluprosessissa esiintyvää manuaalisen työn määrä voitaisiin vähentää. Tavoitteena on kehittää algoritmi, jonka avulla jäykistävien kuilurakenteiden suunnitteluprosessi voidaan automatisoida suunnittelun alusta aina ratkaisuun saakka. Työssä algoritmi luotiin Rhi-noceros3D-ohjelmiston Grasshopper-ohjelmistolisäosalla. Työ on jaettu teoriaosioon ja sovellusosioon, alkaen teoriaosiosta. Teoriaosiossa käydään läpi tarkemmin suunnittelun pohjalla tarvittavaa tietoa, kuten jäykistävien rakenteiden suunnittelua, sekä elementtimenetelmän ja algoritmiavusteisen suunnittelun taustateoriaa. Tämän jälkeen siirrytään sovellusosioon. Sovellusosiossa suunnitteluprosessi jaettiin neljään osa-alueeseen, jotka kuvaavat suunnitteluprosessin eri vaiheita. Osa-alueet ovat geometrian muodostaminen, voimasuureiden määrittäminen, rakenteiden mitoitus ja optimointi ja tulosten esittäminen. Tutkimuksen aikana osa-alueita tutkitaan erillisinä ja yksittäisille osa-alueille pyritään löytämään prosessin automatisoinnille sopiva ratkaisu tutkimuksessa tehtyjen havaintojen perusteella. Tehdyt ratkaisut yhdistetään tutkimuksessa edelleen algoritmin muotoon. Tutkimuksen pohjalta luotua algoritmia testattiin esimerkkikohteeseen, minkä avulla pyrittiin testaamaan algoritmin käytettävyyttä. Algoritmin avulla määritettyjä tuloksia verrattiin perinteisellä menetelmällä määritettyihin tuloksiin ja niiden eroja vertailtiin. Tutkimuksesta saatujen tuloksien pohjalta voidaan todeta suunnittelun automatisoinnin olevan mahdollista, mutta haasteita prosessissa vielä riittää. Esimerkiksi tarkan laskentamallin muodostaminen nykyisillä työkaluilla on vielä haasteellista. Voimasuureiden määrittäminen ja rakenteiden optimointi sen sijaan onnistui tutkimuksessa luodun algoritmin avulla tarkasti ja nopeasti, ja siinä esiintyvät erot verrattuna perinteisellä menetelmällä määritettyihin ratkaisuihin johtuivat suurimmaksi osin käsin laskennassa tehdyistä yksinkertaistuksista.In this thesis, the possibilities provided by the algorithm-aided design for automatization of the design process of stiffening shaft structures are investigated. There is a lot of manual, repetitive work in the traditional design process that could be automated with the help of a suitable algorithm. Manual work comes mainly from tasks like, transferring data from one software to another or optimizing the structures manually. The aim of this thesis is to investigate design habits that would decrease the amount of manual work. The goal is to develop an algorithm on the basis of the study. The aim of the algorithm is to automate the design process of stiffening shaft structures as a whole. The algorithm was created on Rhinoceros3D’s Grasshopper platform. The work is divided into a theoretical section and research section. The theoretical part examines the background theory required for the study. The theoretical section considers subjects, such as the design of the stiffening structures, the theory of the finite element method and the background theory of the algorithm-aided design. After the theoretical section, the research section is considered. In the research section, was divided into four area, which describes the interphases of the design process. The areas are the formation of geometry, the determination of force quantities, the dimensioning and optimization of structures and the presentation of results. In the work, the sub-areas were treated sepa-rately, and an attempt was made to find an automated solution for each sub-area based on the findings made in the study. The algorithm was created on the basis of the study and it was further tested on the example structure, which was used to test the usability of the algorithm. The results determined by the algorithm were compared with the result determined by the conventional designing methods, and their differences were compared. Based on the results of the study, it can be stated that the automation of the design is possible, but there are still challenges in the process of the automatization. For example, forming an accurate calculation model with current tools is still very challenging. The determination of the force quantities and the optimization of the structures, on the other hand, succeeded accurately and quickly with the algorithm and the differences between the result determined by the algorithm and the result determined by the traditional design method were largely due to simplifications made in the manual calculation process.Description
Supervisor
Niiranen, JarkkoThesis advisor
Kemppainen, AkiVähänen, Paavo
Keywords
parametrinen suunnittelu, algoritmiavusteinen suunnittelu, suunnittelun automatisointi, rakenteiden optimointi, FEM-laskenta