Otimização topológica baseada na tensão de estruturas com gradiente de funcionalidade

• Autor(a) principal: Silva, Rui Miguel Ferreira da
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/154783
• topic: otimização topológica; multimaterial; macroescala; tensão; FGMs; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica

Na prática comum de engenharia, o Homem acaba sempre por ter de se preocupar com o controlo das tensões para evitar que o material falhe. As formulações tradicionais baseadas no controlo do volume ou da compliance resultam em designs ideais de um ponto de vista da rigidez. Contudo, os designs orientados para serem altamente resistentes desempenham, cada vez mais, um papel crucial em engenharia. O foco deste trabalho é a otimização topológica multimaterial baseada na tensão, que não está suficientemente coberta na literatura. Mais especificamente, a resolução do problema de minimização do máximo da tensão de von Mises ao nível macroestrutural, através de uma lei de interpolação adequada, onde se investiga o desempenho dos materiais com gradiente de funcionalidade (FGMs) na mitigação de tensões. Estes são obtidos como uma extensa vari- ação suave das propriedades do material à conta de variar as frações volúmicas de dois mate- riais sólidos isotrópicos ao longo do domínio de projeto. Para além disso, é utilizado um mé- todo baseado na variável densidade, em conjunto com outras técnicas e análises bem estabe- lecidas e fundamentadas, para resolver as dificuldades conhecidas que envolvem controlar a tensão nos problemas de otimização. Neste trabalho são revisitados três exemplos clássicos de teste, placa com furo sujeita a carregamento hidrostático, placa com furo sujeita a corte puro e MBB-Beam. Primeiramente, são aplicadas as formulações de minimização da compliance e do pico de tensão a estruturas de material único, as quais mostram que a solução mais rígida e mais resistente são coinciden- tes. Por fim, estendendo a formulação baseada na tensão aos materiais com gradiente de fun- cionalidade, são obtidos níveis de tensão significativamente mais reduzidos nestas soluções em comparação com as soluções de um único material. As primeiras aproximam-se de fully stressed designs, ótimos na mitigação de tensões.