Otimização da distribuição das propriedades de material em estruturas planas para minimizar a tensão máxima de von Mises

• Autor(a) principal: Santos, Bernardo Raposo
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/163863
• topic: FGM; Estruturas; Multimaterial; Topologia; Otimização; Tensão; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica

O custo crescente dos recursos naturais e as preocupações ambientais têm impul- sionado o desenvolvimento sistemático de estruturas mais eficientes. Neste contexto, a otimização topológica tem se destacado como uma ferramenta valiosa de projeto auto- matizado de estruturas. Além disso, a integração desta abordagem com a exploração de soluções multimateriais amplia significativamente o espaço de design disponível. As soluções ótimas obtidas estão a contribuir para uma prática promissora de engenharia estrutural, possível graças aos avanços contínuos nos sistemas de fabrico aditivo multi- material. Nestas circunstâncias, as estruturas fabricadas com múltiplos materiais podem ser consideradas mais resistentes, em comparação com aquelas constituídas por um único material. A abordagem proposta visa a minimização da tensão máxima de von Mises dentro de um domínio de projeto, através de alterações de topologia e de seleção de material. O modelo de material compósito engloba a configuração clássica de dois materiais discretos com interfaces nítidas ou a sua mistura controlada pela fração volúmica de cada material de base, formando um compósito avançado conhecido como material com gradiente de funcionalidade (FGM). Uma variação contínua otimizada das propriedades torna o FGM apelativo para mitigar concentrações de tensão. Para capturar adequadamente a física das misturas no contexto das propriedades mecânicas do FGM, utiliza-se o esquema de interpolação RAMP, que reproduz com precisão os limites de Hashin-Shtrikman. Propõe-se um conjunto de exemplos clássicos de teste, tipicamente estruturas do tipo placa e viga em estado plano de tensão. Os resultados indicam que é possível alcançar níveis consideravelmente mais baixos de tensão máxima nas estruturas ao introduzir mais do que uma fase sólida, sobretudo no caso das soluções FGM, onde as tensões tendem a ser distribuídas uniformemente.