Desenho Computacional e Simulação de Estruturas Auxéticas de Flexão-Ativa
The paper investigates the potential application of auxetic structures in architecture through the combined use of computational design and Additive Manufacturing (AM) methods. This class of materials expresses an interesting behavior related to the unusual characteristics of a negative Poisson’s ra...
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| Main Authors: | , |
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| Format: | Online |
| Language: | eng |
| Published: |
Universidade de São Paulo. Instituto de Arquitetura e Urbanismo
2016
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| Online Access: | https://www.revistas.usp.br/gestaodeprojetos/article/view/118141 |
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oai:revistas.usp.br:article-1181412020-07-01T20:37:45Z Desenho Computacional e Simulação de Estruturas Auxéticas de Flexão-Ativa Computational Design and Simulation of Bending-Active Auxetic Structures Naboni, Roberto Mirante, Lorenzo Auxetics Computational Design Form-Finding Synclastic Shell 3D-printing The paper investigates the potential application of auxetic structures in architecture through the combined use of computational design and Additive Manufacturing (AM) methods. This class of materials expresses an interesting behavior related to the unusual characteristics of a negative Poisson’s ratio where, as opposed to other materials, the act of stretching causes shrinking and the act of compressing results in bulging. The work explores a new research and design field where different auxetic patterns are studied to support a form-finding process of bending-active synclastic gridshells. Computational methodologies have been implemented to preview the dynamic behavior of such structures through form-finding simulations based on Particle Spring Systems. Principles for the design and fabrication of auxetic gridshells are studied through multiscale AM. This is employed to produce scaled models useful for a direct understanding of the auxetic behaviour, as well as to envision the production of mega-structural auxetics with optimized microstructural organization. The understanding of their bending capacity has been explored with the use of variable infill patterns informed by structural analysis. Finally, a design for a full scale gridshell prototype is proposed along with a novel concept for its on-site additive manufacturing. O artigo investiga a potencial aplicação de estruturas auxéticas na arquitetura através da combinação de métodos de desenho computacional e Manufatura Aditiva (MA). Essa classe de materiais apresenta comportamento interessante relacionado à característica pouco comum de possuir coeficiente de Poisson negativo, ou seja, ao contrário de outros materiais, quando tracionados expandem-se transversalmente e quando comprimidos contraem-se transversalmente. Explora-se um novo campo de pesquisa e design onde diferentes arranjos de auxéticos são estudados com intuito de informar um processo de form-finding de estruturas de cascas nervuradas sinclásticas de flexão-ativa (bending-active). Metodologias computacionais foram empregadas para visualizar o comportamento dinâmico destas estruturas utilizando Sistemas Massa-Mola. Princípios para o projeto e fabricação de cascas nervuradas auxéticas são investigados através de fabricação aditiva em diferentes escalas. Este processo é empregado para produzir modelos em escala úteis para a compreensão do comportamento auxético, assim como visionar a fabricação de mega-estruturas auxéticas com organização micro estrutural ótima. A resistência à flexão destes sistemas é cautelosamente controlada pelo uso de arranjos de enchimento variável informados por análise estrutural. Finalmente, é proposto um protótipo de casca nervurada em tamanho real como estudo de caso, em conjunto com um novo conceito para sua construção em fabricação aditiva in situ. Universidade de São Paulo. Instituto de Arquitetura e Urbanismo 2016-11-08 info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion Avaliado Por Pares Peer Reviewed Design Science Research Evaluado por Pares application/pdf https://www.revistas.usp.br/gestaodeprojetos/article/view/118141 10.11606/gtp.v11i2.118141 Gestão & Tecnologia de Projetos; v. 11 n. 2 (2016): Pesquisa em Fabricação Digital no Projeto de Arquitetura; 59-72 Gestão & Tecnologia de Projetos (Design Management and Technology); Vol. 11 No. 2 (2016): Research on Digital Fabrication in Architectural Design; 59-72 Gestão & Tecnologia de Projetos (Gestión y tecnología de proyectos); Vol. 11 Núm. 2 (2016): Pesquisa em Fabricação Digital no Projeto de Arquitetura; 59-72 1981-1543 eng https://www.revistas.usp.br/gestaodeprojetos/article/view/118141/119157 Copyright (c) 2016 Roberto Naboni, Lorenzo Mirante |
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Universidade de São Paulo |
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Naboni, Roberto Mirante, Lorenzo |
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The paper investigates the potential application of auxetic structures in architecture through the combined use of computational design and Additive Manufacturing (AM) methods. This class of materials expresses an interesting behavior related to the unusual characteristics of a negative Poisson’s ratio where, as opposed to other materials, the act of stretching causes shrinking and the act of compressing results in bulging. The work explores a new research and design field where different auxetic patterns are studied to support a form-finding process of bending-active synclastic gridshells. Computational methodologies have been implemented to preview the dynamic behavior of such structures through form-finding simulations based on Particle Spring Systems. Principles for the design and fabrication of auxetic gridshells are studied through multiscale AM. This is employed to produce scaled models useful for a direct understanding of the auxetic behaviour, as well as to envision the production of mega-structural auxetics with optimized microstructural organization. The understanding of their bending capacity has been explored with the use of variable infill patterns informed by structural analysis. Finally, a design for a full scale gridshell prototype is proposed along with a novel concept for its on-site additive manufacturing. |
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