Otimização topológica aplicada ao projeto de mecanismos flexíveis 3D com múltiplos materiais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Reis, Marcos Antônio Silva dos
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=111430
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Cícero Ribeiro de Lima
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spelling Otimização topológica aplicada ao projeto de mecanismos flexíveis 3D com múltiplos materiaisMECANISMOS FLEXÍVEIS TRIDIMENSIONAISOTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICAMULTIMATERIALTRIDIMENSIONAL COMPLIANT MECHANISMTOPOLOGY OPTIMIZATIONMULTI-MATERIALPROGRAMA 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, Santo André, 2018.Os mecanismos flexíveis podem ser definidos como uma nova classe de mecanismos onde a transmissão de força e movimento ocorre devido à deformação de seu próprio corpo. O Método de Otimização Topológica (MOT) é uma metodologia que tem sido estudada há décadas para que se possa extrair a melhor distribuição de material em um determinado domínio considerando a redução de massa e outras restrições e tem grande potencial para gerar mecanismos flexíveis. Entre os modelos de material disponíveis para o MOT, o SIMP (Solid Isotropic Material With Penalition) vem ganhando popularidade devido à sua relativa simplicidade de implementação computacional. Na maioria dos estudos publicados nessa área, o domínio 2D é amplamente adotado devido ao baixo tempo de simulação e menor necessidade de hardware com maior processamento. No entanto, a modelagem no plano (2D) nem sempre permite uma análise real do comportamento do mecanismo. Assim, é razoável considerar o uso de simulações numéricas de modelos tridimensionais (3D) para prever o comportamento desses mecanismos. Este trabalho analisou o potencial de compartilhamento de processamento entre ANSYS® e MATLAB®, aplicando-os em simulações computacionais envolvendo mecanismos flexíveis 3D. O programa implementado é baseado na rotina educacional desenvolvida por LIU e TOVAR (2013), com algumas modificações para usar o solver do ANSYS® a fim de calcular o campo de deslocamento da estrutura a cada iteração. A rotina de otimização topológica implementada nesta dissertação é escrita em MATLAB® e utiliza o otimizador MMA. A comunicação entre os softwares foi realizada por meio de arquivos de texto, onde o ANSYS® é acionado sem utilização da interface gráfica, via comandos batch escritos em linguagem APDL (ANSYS® Parametric Design Language). Com a rotina implementada, mecanismos flexíveis 3D com um e dois materiais são projetados sistematicamente. Um modelo computacional de um mecanismo flexível 3D com malha de um milhão de elementos foi desenvolvido e executado, confirmando o potencial da integração entre os softwares para trabalhar com grande quantidade de elementos. Os resultados da adição de um segundo material no mecanismo flexível apontam para um aumento de desempenho do dispositivo.Compliant mechanisms can be defined as a new class of mechanisms where the transmission of force and movement occurs due to the deformation of their own body. Optimization Topology Method (TOM) is a methodology that has been studied for decades so that it can extract the best distribution of material in a certain domain considering mass reduction and other constraints and has great potential to generate compliant mechanisms. Among some material models available, the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) has been gaining popularity due to its relative numerical implementation simplicity. In most of the studies published in this topic, the 2D domain is applied because of the high simulation time and need for hardware with higher processing power. However, modeling from the flat system does not always allow a real analysis of the behavior of the mechanism. Thus, it is reasonable to consider the use of three-dimensional (3D) numerical simulations to predict the behavior of these mechanisms. This work analyzed the potential of the shared routine between ANSYS¿ and MATLAB¿, applying them in simulations involving 3D compliant mechanisms. The implemented program is based on the educational routine developed by LIU and TOVAR (2013), which is modified to use the ANSYS¿ solver in order to calculate the field of displacement of the structure at each iteration. The topology optimization code implemented in this dissertation is written in MATLAB¿ and uses the MMA as optimizer solver. Communication between the softwares has been done through text files, where ANSYS¿ is activated without the use of graphic interface, via "batch" scripts written in APDL (ANSYS¿ Parametric Design Language). With the implemented routine, 3D compliant mechanisms with one and two materials were designed systematically. A computational model of a 3D compliant mechanism with a mesh containing one million elements was developed and executed, confirming the potential of integration between the softwares to work with a large number of elements. The results of adding a second material in the flexible mechanism point towards an increase in performance of the device.Lima, Cícero Ribeiro deCarbonari, Ronny CalixtoSenne, Thadeu AlvesReis, Marcos Antônio Silva dos2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf147 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=111430http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=111430&midiaext=76689http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=111430&midiaext=76688Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=111430porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-21T15:25:23Zoai:BDTD:111430Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-21T15:25:23Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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