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, apresentando 11.136 painéis dobrados a frio exclusivos, 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 do formato final do painel, que é uma etapa essencial para produzir desenhos de fabricação do formato plano 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 os quais muitas técnicas de Machine Learning são ideais, especialmente quando se trata de uma grande quantidade de dados ou, neste caso, de painéis. O artigo discute as características geométricas de vidros altamente curvos, uma metodologia para previsão de 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 do vidro em projetos de construção que apresentam geometrias orgânicas ou não planas. À medida que os métodos de dobragem a frio se tornam mais completamente compreendidos e implementados, as suas limitações estão a ser investigadas e desafiadas. Em um projeto recente, quatro torres altas (duas com 240 metros de altura e 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 investigação em torno da dobragem a frio e das suas limitações mecânicas diz respeito a painéis rectangulares 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 revestir uma superfície não plana, é muito provável que a maioria das aplicações de dobra a frio exijam painéis que não sejam retangulares. Os painéis deste projeto são quadriláteros inclinados e servem como um estudo útil para a natureza da deformação elástica em formas não retangulares.

Embora seja importante compreender a interação entre geometria e 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, é necessário levar em conta as distorções geométricas ao prever a forma final do painel achatado. 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, entretanto, é uma classe de problemas adequada para algoritmos de aprendizado de máquina. Criamos, portanto, 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 superfícies dobradas a frio em painéis de vidro arquitetônicos. A partir dessa forma final prevista, usamos a Análise de Elementos Finitos para simule a dobra reversa e preveja a forma plana e “desenrolada”, levando em consideração as propriedades e a espessura do material.

Aqui, discutimos as idiossincrasias dos vidros altamente deformados e a metodologia para treinamento e implementação do 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 os painéis seguem uma inclinação para aumentar a eficácia da sombra. Isso resulta no efeito angular e espiralado e, mais importante, resulta em painéis que se aproximam de paralelogramos. É claro que, como a massa tem uma forma continuamente curva, os painéis não podem ficar planos na superfície, mas devem dobrar-se fora do plano.