Optimal Generation of Bent Plates in a Software Product

Thumbnail Image

Files

master_Paavilainen_Tuomo_2014.pdf (2.19 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden 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

2014-12-02

Department

Major/Subject

Systeemi- ja operaatiotutkimus

Mcode

F3008

Degree programme

Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma

Language

en

Pages

81+7

Series

Abstract

Due to advances in information technology, Computer Aided Design (CAD) and Building Information Modelling (BIM), designers and architects are nowadays willing to design more complicated steel structures than before, which often containing geometrically complex solids. A support for bent and curved metal plates is a prerequisite for BIM software to be able to efficiently create such structures. The goal of this thesis is to study how steel solids that can be manufactured by bending thin metal plates can be modelled in a BIM software product. Also, a modelling approach is presented in which a model of the steel solid can be created based on flat polygon-shaped metal plates in 3-space. Utilizing the model introduced, a decision making problem formulated as a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem is created. The purpose of the decision model is to automatically decide the parameters and topology of a bent steel solid, when the location and shape of its unbent flat areas are known, and therefore to reduce repetitive work done by an engineer designing steel structures including bent steel plates. A prototype computer program is created of the bent plate data model, the MILP problem and the workflow introduced in the thesis. The results from the prototype suggest that MILP can in fact be used to implement a supportive algorithm for creating data models of bent steel plate structures in a BIM software product.

Informaatioteknologian, tietokoneavusteisen suunnittelun ja rakennustietomallintamisen nopean kehityksen ansiosta suunnittelijat ja arkkitehdit haluavat suunnitella entistä monimutkaisempia teräsrakenteita, jotka koostuvat usein geometrisesti entistä haastavammista kappaleista. Rakennustietomalliohjelmiston tulee tukea taivutettuja ja kaarevia teräslevyjä, jotta se olisi kykenevä mallintamaan tällaisia teräsrakenteita. Työn tavoite on tutkia, kuinka tasaisesta metallilevystä taittamalla valmistettavia metallikappaleita voi mallintaa rakennustietomalliohjelmistossa. Lisäksi työssä esitetään mallinnustapa, jossa tällainen metallikappale voidaan luoda kolmiulotteisessa avaruudessa oleviin tasaisiin monikulmion muotoisiin metallilevyihin pohjautuen. Mallin avulla luodaan lineaarisena sekalukuoptimointitehtävänä formuloitu päätösmalli. Päätösmallin tarkoituksena on päättää automaattisesti taitetun teräskappaleen parametrit ja topologia, kun teräskappaleen tasaisten, taittamattomien alueiden sijainti ja muoto on tiedossa ja siten vähentää taitettuja teräslevyjä sisältävää teräsrakennetta suunnittelevan insinöörin tekemää toistuvaa työtä. Taitettujen levyjen tietomallista, lineaarisesta sekalukuoptimointitehtävästä ja opinnäytetyössä esitetystä työnkulusta on työssä kehitetty prototyyppitietokoneohjelma. Prototyypistä saadut tulokset osoittavat, että lineaarisen sekalukuoptimoinnin pohjalta voidaan rakennustietomalliohjelmistoon implementoida algoritmi, joka tukee taitettujen teräslevyrakenteiden tietomallin luomista.

Description

Supervisor

Salo, Ahti

Thesis advisor

Aho, Marko

Keywords

bent steel plates, steel solids, unfoldability, developable surfaces, mixed integer linear programming

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201412163238

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI