Frio extremo

Data: 15 de julho de 2022

O vidro dobrado a frio está sendo cada vez mais adotado em projetos de construção com geometrias não planas. Este artigo apresenta o trabalho realizado para um conjunto de quatro torres altas, com 11.136 painéis dobrados a frio únicos, centenas dos quais são empurrados além de 250 mm. Os painéis são todos únicos, não retangulares e, em alguns casos, ligeiramente curvos. A geometria desafiadora complica a previsão da forma final do painel, que é uma etapa essencial para a produção de desenhos de fabricação da forma plana de um painel antes da dobra.

Embora o Machine Learning ainda seja uma tecnologia nascente na indústria de AEC, a previsão é uma classe de problemas para a qual muitas técnicas de Machine Learning são ideais, especialmente quando se lida com uma grande quantidade de dados ou, neste caso, painéis. O artigo discute as características geométricas do vidro altamente curvado, uma metodologia para a previsão da forma dos painéis e o uso de Machine Learning em sua implementação. A metodologia foi implantada em mais de 3.500 peças de vidro arquitetônico instaladas e demonstrou reduzir os desvios geométricos em até 75%, até tolerâncias submilimétricas.

A dobra a frio é uma técnica que permite o uso de vidro em projetos de construção que apresentam geometrias orgânicas ou não planas. À medida que os métodos de dobra a frio se tornam mais bem compreendidos e implantados, suas limitações estão sendo investigadas e desafiadas. Em um projeto recente, quatro torres altas (duas com 240 metros de altura, duas com 300 metros) apresentam 11.136 painéis dobrados a frio exclusivos. Desses milhares, várias centenas de painéis são empurrados de 200 a 400 mm para fora do plano.

Grande parte da pesquisa sobre dobra a frio e suas limitações mecânicas diz respeito a painéis retangulares ou mesmo quadrados, mas também está bem estabelecido que a forma do painel tem um impacto significativo nas características de flambagem. Como os retângulos não podem ladrilhar uma superfície não plana, é muito provável que a maioria das aplicações de dobra a frio exija painéis que não sejam retangulares. Os painéis neste projeto são quadriláteros assimétricos e servem como um estudo útil para a natureza da deformação elástica em formas não retangulares.

Embora seja importante entender a interação da geometria e do material durante o projeto e a engenharia, ela é absolutamente essencial na preparação para a fabricação. Para que os painéis se encaixem corretamente em suas molduras, deve-se levar em consideração as distorções geométricas ao prever a forma final e achatada do painel. Fazer isso requer uma série de simulações de materiais que são computacionalmente caras e demoradas, pelo menos na escala de milhares e milhares de instâncias únicas.

A previsão, no entanto, é uma classe de problemas bem adequada aos algoritmos de Aprendizado de Máquina. Portanto, criamos uma metodologia para definir a superfície como um conjunto de parâmetros, o que torna possível treinar um modelo de Machine Learning para a previsão de geometrias de superfície dobradas a frio em painéis de vidro arquitetônico. A partir dessa forma final prevista, usamos a Análise de Elementos Finitos para simule a dobra ao contrário e preveja a forma plana "desenrolada", considerando as propriedades e a espessura do material.

Aqui, discutimos as idiossincrasias do envidraçamento altamente deformado e a metodologia para treinar e implementar o modelo de aprendizado de máquina.

A forma geral das torres é definida por duas elipses, uma na base e outra no topo, que têm raios ligeiramente diferentes e são giradas uma em relação à outra em 90 graus. Um algoritmo personalizado definido pelos arquitetos determina a superfície de forma livre que interpola essas duas curvas-guia. Essa superfície fornece a base para a subdivisão em painéis de fachada.

A fachada apresenta um elemento de sombreamento tridimensional e o painel segue uma inclinação para aumentar a eficácia da sombra. Isso resulta no efeito angular e espiralado e, mais importante, resulta em painéis que se aproximam dos paralelogramos. Claro, porque a massa é uma forma de curva contínua, os painéis não podem ficar planos na superfície, mas devem dobrar fora do plano.