Projeto de mecanismos flexíveis com grandes deslocamentos por meio de otimização topológica em domínios discretos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Teles, José Henrique Crismanis
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121878
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Cícero Ribeiro de Lima
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Na Engenharia Biomédica, mecanismos flexíveis têm grande aplicação no projeto de instrumentos cirúrgicos, facilitando a esterilização devido ao número reduzido de componentes. Dada a sua aplicação em microescala, mecanismos flexíveis podem ser usados na fabricação de MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Outra possível aplicação é na fabricação de LEMS (Lamina Emergent Mechanisms), que são mecanismos fabricados de materiais planos com movimento que emerge de seu plano. Neste trabalho, o projeto de mecanismos flexíveis também é utilizado para desenvolver um metamaterial, que é uma estrutura projetada para ter propriedades extremas não encontradas na forma natural dos materiais. Neste caso a propriedade desejada é o coeficiente de Poisson negativo, que define uma estrutura auxética. O método da otimização topológica (OT) tem se mostrado o mais genérico e sistemático para o projeto de mecanismos flexíveis. Consiste em um método que distribui material dentro de um domínio de modo a extremizar a função objetivo especificada. Neste trabalho a OT é realizada em domínios discretizados em elementos de barras (ground structure), onde as áreas das seções transversais dos elementos são as variáveis de projeto. São considerados grandes deslocamentos, o que estabelece uma relação não linear entre deformação e deslocamento e requer o uso do MEF não linear. O objetivo desse trabalho é implementar uma metodologia para projeto de mecanismos flexíveis com grandes deslocamentos usando domínios discretos. O problema de otimização está sujeito à restrição de volume, na qual a função objetivo busca maximizar o deslocamento em uma dada região do domínio da estrutura quando submetida a um dado carregamento em outra região. Os resultados demonstram que é possível projetar mecanismos flexíveis com grandes deslocamentos por meio desta metodologia.Compliant mechanisms perform certain functions from the elastic deformation of its body, thus avoiding the use of joints, pins and bearings. This avoids assembly and problems such as friction between components. Compliant mechanisms have great application in devices that involve precision mechanics due to their high precision because of the reduced wear and reduced clearances. In biomedical engineering, compliant mechanisms have great application in the design of surgical instruments, facilitating sterilization by reason of the reduced number of components. Owing to its microscale application, compliant mechanisms can be used in the manufacture of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Another possible application is in the manufacture of LEMS (Lamina Emergent Mechanisms), which are mechanisms made of flat materials with movement that emerges from its plan. In this work, the design of compliant mechanisms is also used to engineer a metamaterial, that is a structure designed to have extremal properties not found in naturally occurring materials. In this case the desired property is the negative Poisson¿s ratio, which defines the so called auxetic structure. The topology optimization method has been shown to be the most generic and systematic for the design of compliant mechanisms. It consists of a method that distributes material within a domain in order to achieve the specified objective function. In this work TO is performed in discretized domains in truss elements (ground structure), where the cross-sectional areas of the elements are the design variables. Large displacements are considered, which establishes a nonlinear relation between deformation and displacement and requires the use of nonlinear FEM. The objective of this work is to develop a methodology to design compliant mechanisms with large displacements by using discrete domains. The optimization problem is subject to volume constraint where the objective function is to maximize the displacement in a given region of the structure domain when subjected to a given load in another region. The results demonstrate that compliant mechanisms with large displacements can be designed by using this methodology.Lima, Cícero Ribeiro deVatanabe, Sandro LuisSenne, Thadeu AlvesCarbonari, Ronny CalixtoTeles, José Henrique Crismanis2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf139 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121878http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121878&midiaext=78709http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121878&midiaext=78708http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121878&midiaext=78710Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=121878porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-21T15:26:54Zoai:BDTD:121878Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-21T15:26:54Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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