[en] LOCALLY STRESS-CONSTRAINED TOPOLOGY OPTIMIZATION WITH CONTINUOUSLY VARYING LOADING DIRECTION AND AMPLITUDE: TOWARD LARGE-SCALE PROBLEMS

• Autor(a) principal: FERNANDO VASCONCELOS DA SENHORA
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Outros
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da PUC-RIO (Projeto Maxwell)
• Texto Completo: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=59650@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=59650@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.59650
• topic: [pt] OTIMIZACAO TOPOLOGICA; [pt] PROBLEMAS DE GRANDE ESCALA; [pt] CARREGAMENTO COM AMPLITUDE VARIAVEL; [pt] CARREGAMENTO COM DIRECAO VARIAVEL; [pt] RESTRICOES DE TENSAO; [en] TOPOLOGY OPTIMIZATION; [en] LARGE-SCALE PROBLEM; [en] VARYING LOADING AMPLITUDE; [en] VARYING LOADING DIRECTION; [en] STRESS CONSTRAINTS

[pt] Otimização topológica (OT) é uma técnica de otimização estrutural capaz de gerar projetos incrivelmente detalhados para uma grande gama de problemas. No entanto, a maioria dos trabalhos de OT presentes na literatura está focada em problemas de minimização de flexibilidade, que não consideram a resistência dos materiais durante o processo de otimização, levando a soluções que não satisfazem limites de falha do material. Neste trabalho, focamos em problemas de OT baseados em tensão no qual introduzimos restrições de tensão no problema de otimização, para garantir a integridade estrutural do projeto final. A formulação de tensão de OT nos leva a um problema de engenharia muito mais natural que nos remete à seguinte pergunta: Qual a estrutura mais leve capaz de suportar as cargas as quais será submetida? Para ajudar a responder essa pergunta e para trazer a OT para mais próximo de aplicações reais, neste trabalho foi desenvolvido um sistema computacional em paralelo, baseado em GPU, considerando uma carga que pode variar a sua direção continuamente e capaz de resolver problemas de larga escala. A implementação em GPU apresenta soluções eficientes para os principais problemas de OT de larga escala, como o filtro, o algoritmo de otimização e a solução das equações de equilíbrio. Ao mesmo tempo, ao considerar uma carga variando continuamente que mais se aproxima das condições reais de carregamento usando uma estratégia de pior cenário, obtém-se soluções mais robustas e mais adequadas a aplicações de engenharia. Várias soluções numéricas são apresentadas, incluindo problemas 3D com mais de 45 milhões de restrições de tensão, que demonstram a efetividade das técnicas desenvolvidas neste trabalho. O sistema de larga escala baseado em GPU combinado com as soluções analíticas para a variação contínua de carga, tem o potencial de expandir o uso da OT na engenharia levando a novas e mais eficientes estruturas.