Desenvolvimento de um algoritmo de otimização topológica com restrições de manufatura aditiva

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Lucas Sarpe da
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=121940
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Cícero Ribeiro de Lima
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spelling Desenvolvimento de um algoritmo de otimização topológica com restrições de manufatura aditivaOTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICAMANUFATURA ADITIVAFABRICAÇÃO POR FILAMENTO FUNDIDOTOPOLOGY OPTIMIZATIONADDITIVE MANUFACTURINGFUSED FILAMENT FABRICATIONPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA - UFABCOrientador: Prof. Dr. Cícero Ribeiro de LimaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, São Bernardo do Campo, 2020.A Otimização Topológica (OT) é um método sistemático com vasta aplicação na otimização estrutural. A OT combina algoritmos de otimização com o Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de se obter uma distribuição ótima de material dentro de um domínio de projeto, visando atender uma função objetivo especificada e satisfazendo as restrições características do problema de otimização. Manufatura Aditiva (MA) é um termo generalizado, utilizado para designar as técnicas de manufatura que utilizam o princípio de fabricação por adição de material camada por camada para obter a geometria final de um produto. Este princípio é eficaz para fabricar geometrias de maior complexidade quando comparado às técnicas de manufatura tradicionais como usinagem, forjamento e outras. A OT é uma ferramenta de projeto totalmente desenvolvida e já é utilizada na indústria mecânica, automotiva e aeroespacial. Com o presente estado de desenvolvimento das técnicas de MA e a sua capacidade de criar geometrias complexas, a MA complementa a OT, no sentido de que é o processo de fabricação mais capaz de produzir as geometrias complexas obtidas pela OT. Embora as técnicas de MA possuam ampla capacidade de produzir as geometrias da OT, sem comprometer muito sua optimalidade, essas técnicas ainda possuem inerentes restrições de manufatura. As geometrias exequíveis pelas técnicas de MA têm requisitos associados, como tamanho mínimo de membros, ângulo máximo de inclinação de saliências e espaçamentos mínimos admissíveis, por exemplo. O objetivo deste trabalho é desenvolver um algoritmo de otimização estrutural, incluindo na formulação do problema de OT um filtro de projeção que, implicitamente, aplica uma restrição de manufatura imposta pelo processo de fabricação por MA conhecido como FFF (Fabricação por Filamento Fundido), cuja técnica possui um ângulo de inclinação de saliências no qual a estrutura não se autossuporta. Neste caso, uma função de projeção e mapeamentos de variáveis são definidos para impor a restrição de inclinação máxima (overhang angle). Especificamente, objetiva-se evitar ou eliminar o material de suporte utilizado no processo de FFF e, consequentemente, reduzir os custos de fabricação do processo. Alguns resultados são apresentados para demonstrar o potencial do algoritmo de OT proposto.Topology Optimization (TO) is a systematic method widely applied to structural optimization. TO combines optimization algorithms with the finite element method (FEM), in order to provide an optimal material distribution inside a design domain, aiming to attend a specified objective function satisfying the constraints on the optimization problem. Additive Manufacturing (AM) is a generalized term utilized to designate the manufacturing techniques, that employ the principle of fabrication by adding material layer by layer to obtain the final geometry of a product. This principle is powerful for manufacturing geometries of higher complexity when compared to traditional manufacturing techniques, such as machining, forging and others. TO is a fully developed design tool and is already utilized in mechanical, automotive and aerospace industry. With the present state of development of AM techniques, and its capability of creating complex geometries, AM can complement TO, in the sense of potentially being the most efficient technique to manufacture the geometries obtained by TO. Also, TO is already widely recognized as fundamental to completely explore the production capacity of AM. Although AM techniques have high capacity of producing TO geometries, without compromising to much its optimality, these techniques still have inherent manufacturing constraints. Feasible AM geometries have associated requirements such as minimum member size, minimum overhang angle and minimum hole size, for instance. The aim of this work is to develop a structural optimization algorithm, including in the formulation of the TO problem a projection-based filter which implicitly applies a manufacturing constraint imposed by the AM process known as FFF (Fused Filament Fabrication), whose technique possess a critical overhang angle at which the structure does not support itself. In this case, a projection function and variable mappings are defined to impose the maximum overhang constraint. Specifically, it aims to avoid or eliminate the support material utilized in the FFF process and, consequently, reduce the fabrication costs of the process. Some results are presented to demonstrate the potential of the proposed TO algorithm.Lima, Cícero Ribeiro dePavanello, RenatoSantiago, Rafael CeleghiniSilva, Lucas Sarpe da2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf PDF93 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121940http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121940&midiaext=78841http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121940&midiaext=78842Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=121940porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-21T15:09:40Zoai:BDTD:121940Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-21T15:09:40Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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