Proceso de optimización de sistemas con dispositivos no lineales sometidos a cargas estocásticas
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TextoDetalles de publicación: Valparaíso: UTFSM, 2007Descripción: 197 p.: ilTema(s): METODO DE MONTE CARLO | ANALISIS ESTRUCTURAL (Ingeniería) | EDIFICIOS -- EFECTOS DE TERREMOTOS | BC / MEM (memorias UTFSM con resúmenes) | BC / MEM (memorias UTFSM con resúmenes)Clasificación CDD: M 624.171 Nota de disertación: Tesis (Ing. Civil) -- (Magíster en Ciencias de la Ing. Civil, Área Estructuras) -- Prof. guía: Héctor Jensen Velasco Tema: [Resumen del autor]Tema: Se desarrolla una metodología para el análisis y diseño de estructuras con ciertos dispositivos no lineales, con comportamiento bien defmido, y ciclos de histéresis estables, que son sometidas a excitaciones basales generadas mediante procesos de ruido blanco filtrado y modulado. En particular se utilizan espectros del tipo Kanai-Tajimi y Clough-Penzien. El comportamiento del sistema es caracterizado mediante la probabilidad de falla de sobrepasar al menos una vez algún valor umbral para la respuesta de interés, que en este caso corresponde al desplazamiento entrepiso de cada nivel de la estructura estudiada. Lo anterior corresponde al problema de la primera incursión, frecuentemente utilizado en análisis de confiabilidad. La caracterización de la probabilidad de falla para confiabilidades altas no es una tarea trivial, pues la técnica tradicional de cálculo basada en el método de simulación de Monte Carlo requiere el análisis de muchas muestras, resultando costoso desde el punto de vista computacional. Por esta razón se utiliza e implementa una técnica de simulación extremadamente eficiente que ha sido desarrollada recientemente y se denomina Subset Simulation. Si bien es cierto que esta técnica de simulación es muy efectiva, su incorporación a procesos de optimización resulta prohibitiva por el carácter iterativo de este tipo de procesos. Con el fm de implementar análisis de diseño óptimo a estructuras realistas se desarrollan diversos conceptos de aproximación que son combinados con la técnica de simulación mencionada anteriormente. De esta manera es posible obtener diseños óptimos de sistemas estructurales complejos en que los requerimientos de confiabilidad son considerados explícitamente en el problema. Finamente se realiza un análisis de sensibilidad en que se estudia el efecto de los diversos parámetros involucrados en el problema en la confiabilidad y comportamiento general de los diseños óptimos encontrados. Cabe hacer notar que la implementación desarrollada en este trabajo permite resolver problemas de diseño óptimo bajo requerimientos de confiabilidad de sistemas no-lineales complejos. Lo anterior representa una contribución importante en el ámbito de la optimización estructural ya que este tipo de problemas no era posible de resolver previamente. La metodología desarrollada es aplicada al estudio y diseño de dos sistemas estructurales. El primero corresponde a un modelo de prueba y el segundo a un ejemplo de aplicación. En el primer ejemplo se analiza una estructura de un piso que presenta un cierto dispositivo no lineal que fluye cuando se supera un valor de desplazamiento preestablecido. El sistema es sometido a una aceleración basal de tipo ruido blanco, que se incorpora a un proceso de optimización. Luego se comparan los resultados con los obtenidos si el dispositivo permaneciera siempre en el rango lineal. Los resultados obtenidos muestran que el efecto no-lineal es importante en el diseño fmal, tanto desde el punto de vista de la confiabilidad del sistema así como del costo asociado al diseño. En el segundo ejemplo se analiza un edificio de 6 pisos estructurado a base de columnas, que presenta 4 dispositivos no lineales distribuidos en su altura. El sistema es sometido a una carga sísmica modelada mediante un proceso estocástico con un espectro de frecuencia generada por el modelo de Clough-Penzien. Los análisis efectuados muestran que los efectos de los dTema: ispositivos no-lineales así como su posición en la estructura son de relevancia en el comportamiento del sistema. Finalmente se somete la estructura a una serie de registros determinísticos, tales como el de Viña, LIo-lleo, Northdrige y Kobe con el fm de comparar los efectos de los dispositivos no-lineales con respecto al análisis probabilístico. Los resultados de la comparación muestran que la caracterización de la solicitación es un factor importante en la elección del tipo de dispositivo no-lineal a ser utilizado.
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Memorias
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Tesis (Ing. Civil) -- (Magíster en Ciencias de la Ing. Civil, Área Estructuras) -- Prof. guía: Héctor Jensen Velasco
p. 180 - 183
[Resumen del autor]
Se desarrolla una metodología para el análisis y diseño de estructuras con ciertos dispositivos no lineales, con comportamiento bien defmido, y ciclos de histéresis estables, que son sometidas a excitaciones basales generadas mediante procesos de ruido blanco filtrado y modulado. En particular se utilizan espectros del tipo Kanai-Tajimi y Clough-Penzien. El comportamiento del sistema es caracterizado mediante la probabilidad de falla de sobrepasar al menos una vez algún valor umbral para la respuesta de interés, que en este caso corresponde al desplazamiento entrepiso de cada nivel de la estructura estudiada. Lo anterior corresponde al problema de la primera incursión, frecuentemente utilizado en análisis de confiabilidad. La caracterización de la probabilidad de falla para confiabilidades altas no es una tarea trivial, pues la técnica tradicional de cálculo basada en el método de simulación de Monte Carlo requiere el análisis de muchas muestras, resultando costoso desde el punto de vista computacional. Por esta razón se utiliza e implementa una técnica de simulación extremadamente eficiente que ha sido desarrollada recientemente y se denomina Subset Simulation. Si bien es cierto que esta técnica de simulación es muy efectiva, su incorporación a procesos de optimización resulta prohibitiva por el carácter iterativo de este tipo de procesos. Con el fm de implementar análisis de diseño óptimo a estructuras realistas se desarrollan diversos conceptos de aproximación que son combinados con la técnica de simulación mencionada anteriormente. De esta manera es posible obtener diseños óptimos de sistemas estructurales complejos en que los requerimientos de confiabilidad son considerados explícitamente en el problema. Finamente se realiza un análisis de sensibilidad en que se estudia el efecto de los diversos parámetros involucrados en el problema en la confiabilidad y comportamiento general de los diseños óptimos encontrados. Cabe hacer notar que la implementación desarrollada en este trabajo permite resolver problemas de diseño óptimo bajo requerimientos de confiabilidad de sistemas no-lineales complejos. Lo anterior representa una contribución importante en el ámbito de la optimización estructural ya que este tipo de problemas no era posible de resolver previamente. La metodología desarrollada es aplicada al estudio y diseño de dos sistemas estructurales. El primero corresponde a un modelo de prueba y el segundo a un ejemplo de aplicación. En el primer ejemplo se analiza una estructura de un piso que presenta un cierto dispositivo no lineal que fluye cuando se supera un valor de desplazamiento preestablecido. El sistema es sometido a una aceleración basal de tipo ruido blanco, que se incorpora a un proceso de optimización. Luego se comparan los resultados con los obtenidos si el dispositivo permaneciera siempre en el rango lineal. Los resultados obtenidos muestran que el efecto no-lineal es importante en el diseño fmal, tanto desde el punto de vista de la confiabilidad del sistema así como del costo asociado al diseño. En el segundo ejemplo se analiza un edificio de 6 pisos estructurado a base de columnas, que presenta 4 dispositivos no lineales distribuidos en su altura. El sistema es sometido a una carga sísmica modelada mediante un proceso estocástico con un espectro de frecuencia generada por el modelo de Clough-Penzien. Los análisis efectuados muestran que los efectos de los d
ispositivos no-lineales así como su posición en la estructura son de relevancia en el comportamiento del sistema. Finalmente se somete la estructura a una serie de registros determinísticos, tales como el de Viña, LIo-lleo, Northdrige y Kobe con el fm de comparar los efectos de los dispositivos no-lineales con respecto al análisis probabilístico. Los resultados de la comparación muestran que la caracterización de la solicitación es un factor importante en la elección del tipo de dispositivo no-lineal a ser utilizado.
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