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2025-07-14

Ottimizzazione topologica nella progettazione strutturale tramite ambienti di programmazione visiva e algoritmi genetici

Oggi, l'ottimizzazione dei processi è diventata estremamente rilevante, in particolare nel campo dell'analisi strutturale.
Inoltre, il boom di tecniche avanzate per l'ottimizzazione, come gli algoritmi genetici, ha aperto innumerevoli possibilità per migliorare l'efficienza dei risultati e ottenere significative riduzioni dei costi, entrambe strettamente legate al tipo di ottimizzazione topologica, quelle relative all'uso ottimale del materiale.
Autore
Sara Trinidad Quiñones
Università

«Questa rilevanza e potenzialità mi hanno portato alla creazione di questo progetto, il cui obiettivo è sviluppare un'applicazione per automatizzare un processo di ottimizzazione nel design strutturale, integrando strumenti di programmazione visiva e algoritmi genetici. Il progetto si è focalizzato su numerosi altri obiettivi più dettagliati, richiedendo un prezioso periodo di studio preliminare e familiarizzazione con i tre software che saranno integrati in questa unica applicazione; RFEM, strumento di analisi a elementi finiti; Python, come linguaggio di programmazione per le righe di codice più complesse e introduzione di operatori genetici; e Grasshopper, che sarà la base dello sviluppo del programma, dove sarà applicata l'interconnessione con i due precedentemente menzionati.

Grasshopper ci fornirà lo spazio di lavoro, oltre a una moltitudine di elementi per poter realizzare la programmazione visiva della geometria, il calcolo e l'ottimizzazione di due tipi distinti di casi strutturali proposti, una trave semplice e successivamente, un traliccio bidimensionale. Inoltre, questo innovativo software permette una semplice connessione API rendendolo accessibile e multidisciplinare, a sua volta, dispone di numerosi accessori da installare, che permettono agli utenti di orientare l'uso dell'applicazione alle loro rispettive aree. Nel mio caso, utilizzerò plugin di RFEM Dlubal, tra gli altri, per orientarlo al campo dell'ingegneria civile.

Si cercherà l'integrazione di RFEM Dlubal per calcolare e analizzare le strutture progettate in Grasshopper, assicurando che queste soddisfino i criteri di resistenza dei materiali. A tal fine, si creerà un'interfaccia in Grasshopper che permetterà la generazione e modifica delle strutture, la configurazione dei casi di carico e la corretta esportazione e importazione di dati con RFEM. Successivamente, implementeremo algoritmi genetici tramite cicli iterativi sui diversi parametri strutturali del modello, come ad esempio, sui profili della sezione trasversale delle travi, cercando la combinazione ottimale di questi parametri tramite un processo automatizzato che risparmia sia tempo che sforzo.

Per facilitare l'implementazione e l'uso dell'applicazione da parte di altri ingegneri, dettaglierò in maniera precisa il passo passo della creazione di questo progetto mediante una guida dell'utente, in maniera visiva ed esplicativa, per raggiungere la portata e la comprensione di altri. Con ciò intendo esporre il grande potenziale che dimostra la potente combinazione di questi software, facendo conoscere i concetti chiave e mostrando un'applicazione che faciliterebbe il giorno per giorno nell'ingegneria civile, motivando altri all'uso e sviluppo di questa.»


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