Froid extrême

Date : 15 juillet 2022

Le verre courbé à froid est de plus en plus adopté dans les projets de construction à géométries non planes. Cet article présente les travaux réalisés pour un ensemble de quatre tours de grande hauteur, comprenant 11 136 panneaux uniques pliés à froid, dont des centaines sont poussés au-delà de 250 mm. Les panneaux sont tous uniques, non rectangulaires et dans certains cas légèrement incurvés. La géométrie difficile complique la prédiction de la forme finale du panneau, qui constitue une étape essentielle pour produire des dessins de fabrication de la forme plate d'un panneau avant son pliage.

Bien que l'apprentissage automatique soit encore une technologie naissante dans le secteur de l'AEC, la prédiction est une classe de problèmes pour lesquels de nombreuses techniques d'apprentissage automatique sont idéales, en particulier lorsqu'il s'agit de traiter une grande quantité de données, ou dans ce cas, de panels. L'article traite des caractéristiques géométriques du verre fortement courbé, d'une méthodologie pour la prédiction de la forme des panneaux et de l'utilisation de l'apprentissage automatique dans sa mise en œuvre. La méthodologie a été déployée sur plus de 3 500 pièces de verre architectural installé et a permis de réduire les écarts géométriques jusqu'à 75 %, jusqu'à des tolérances inférieures au millimètre.

Le cintrage à froid est une technique qui permet l'utilisation du verre dans des projets de construction présentant des géométries organiques ou non planaires. À mesure que les méthodes de pliage à froid sont mieux comprises et déployées, leurs limites sont étudiées et remises en question. Dans un projet récent, quatre tours de grande hauteur (deux à 240 mètres de hauteur, deux à 300 mètres) comportent 11 136 panneaux uniques pliés à froid. Parmi ces milliers, plusieurs centaines de panneaux sont poussés de 200 à 400 mm hors du plan.

Une grande partie des recherches autour du pliage à froid et de ses limites mécaniques concernent les panneaux rectangulaires, voire carrés, mais il est également bien établi que la forme du panneau a un impact significatif sur les caractéristiques de flambage. Étant donné que les rectangles ne peuvent pas carreler une surface non plane, il est très probable que la plupart des applications de pliage à froid nécessiteront des panneaux qui ne sont pas rectangulaires. Les panneaux de ce projet sont des quadrilatères inclinés et constituent une étude utile sur la nature de la déformation élastique dans les formes non rectangulaires.

S’il est important de comprendre l’interaction entre la géométrie et les matériaux lors de la conception et de l’ingénierie, elle est absolument essentielle lors de la préparation à la fabrication. Pour que les panneaux s'intègrent correctement dans leurs cadres, il faut correctement tenir compte des distorsions géométriques lors de la prédiction de la forme finale aplatie du panneau. Cela nécessite une série de simulations de matériaux qui sont coûteuses en termes de calcul et prennent du temps, au moins à l'échelle de milliers et de milliers d'instances uniques.

La prédiction est cependant une classe de problèmes bien adaptée aux algorithmes de Machine Learning. Nous avons donc créé une méthodologie pour définir la surface comme un ensemble de paramètres, ce qui permet de former un modèle d'apprentissage automatique pour la prédiction des géométries de surface pliées à froid dans les panneaux de verre architecturaux. À partir de cette forme finale prédite, nous utilisons l'analyse par éléments finis pour simulez la flexion à l'envers et prédisez la forme plate et « déroulée », tout en tenant compte des propriétés et de l'épaisseur du matériau.

Nous discutons ici des particularités des vitrages hautement déformés et de la méthodologie de formation et de mise en œuvre du modèle d'apprentissage automatique.

La forme générale des tours est définie par deux ellipses, une à la base et une au sommet, qui ont des rayons légèrement différents et pivotent l'une par rapport à l'autre de 90 degrés. Un algorithme personnalisé défini par les architectes détermine la surface de forme libre qui interpole ces deux courbes directrices. Cette surface constitue la base de la subdivision en panneaux de façade.

La façade comporte un élément d'ombrage tridimensionnel et les panneaux suivent une pente pour augmenter l'efficacité de l'ombrage. Cela se traduit par un effet angulaire en spirale et, surtout, par des panneaux qui se rapprochent des parallélogrammes. Bien entendu, comme le volume est une forme incurvée en continu, les panneaux ne peuvent pas reposer à plat sur la surface, mais doivent se plier hors du plan.