Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Coutinho, Karilany Dantas
Data de Publicação: 2006
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15665
Resumo: The topology optimization problem characterize and determine the optimum distribution of material into the domain. In other words, after the definition of the boundary conditions in a pre-established domain, the problem is how to distribute the material to solve the minimization problem. The objective of this work is to propose a competitive formulation for optimum structural topologies determination in 3D problems and able to provide high-resolution layouts. The procedure combines the Galerkin Finite Elements Method with the optimization method, looking for the best material distribution along the fixed domain of project. The layout topology optimization method is based on the material approach, proposed by Bendsoe & Kikuchi (1988), and considers a homogenized constitutive equation that depends only on the relative density of the material. The finite element used for the approach is a four nodes tetrahedron with a selective integration scheme, which interpolate not only the components of the displacement field but also the relative density field. The proposed procedure consists in the solution of a sequence of layout optimization problems applied to compliance minimization problems and mass minimization problems under local stress constraint. The microstructure used in this procedure was the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalty). The approach reduces considerably the computational cost, showing to be efficient and robust. The results provided a well defined structural layout, with a sharpness distribution of the material and a boundary condition definition. The layout quality was proporcional to the medium size of the element and a considerable reduction of the project variables was observed due to the tetrahedrycal element
id UFRN_8be4ceeaf08b3207e3e01c0df3ab7099
oai_identifier_str oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/15665
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Coutinho, Karilany Dantashttp://lattes.cnpq.br/8409211766785367http://lattes.cnpq.br/5028446242533356Nascimento Neto, Joel Araújo dohttp://lattes.cnpq.br/2747505817148030Nóbrega, Selma Hissae Shimura dahttp://lattes.cnpq.br/3401274958916898Costa Júnior, João Carlos Arantes2014-12-17T14:58:12Z2014-12-092014-12-17T14:58:12Z2006-05-19COUTINHO, Karilany Dantas. Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais. 2006. 109 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Materiais; Projetos Mecânicos; Termociências) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15665The topology optimization problem characterize and determine the optimum distribution of material into the domain. In other words, after the definition of the boundary conditions in a pre-established domain, the problem is how to distribute the material to solve the minimization problem. The objective of this work is to propose a competitive formulation for optimum structural topologies determination in 3D problems and able to provide high-resolution layouts. The procedure combines the Galerkin Finite Elements Method with the optimization method, looking for the best material distribution along the fixed domain of project. The layout topology optimization method is based on the material approach, proposed by Bendsoe & Kikuchi (1988), and considers a homogenized constitutive equation that depends only on the relative density of the material. The finite element used for the approach is a four nodes tetrahedron with a selective integration scheme, which interpolate not only the components of the displacement field but also the relative density field. The proposed procedure consists in the solution of a sequence of layout optimization problems applied to compliance minimization problems and mass minimization problems under local stress constraint. The microstructure used in this procedure was the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalty). The approach reduces considerably the computational cost, showing to be efficient and robust. The results provided a well defined structural layout, with a sharpness distribution of the material and a boundary condition definition. The layout quality was proporcional to the medium size of the element and a considerable reduction of the project variables was observed due to the tetrahedrycal elementO problema de otimização topológica consiste na definição do leiaute estrutural pela da distribuição ótima de material no espaço de projeto. Em outras palavras, após serem definidas as condições de contorno num domínio de projeto pré-estabelecido, o problema é como distribuir o material de modo a solucionar o problema de minimização. O objetivo deste trabalho é propor uma formulação para a determinação de topologias estruturais ótimas, que seja competitiva para utilização em problemas 3D e capaz de proporcionar leiautes de alta definição. O procedimento combina o Método de Elementos Finitos de Galerkin com o método de otimização, buscando a melhor distribuição de material ao longo do domínio fixo de projeto. O método de otimização de leiaute empregado é baseado na abordagem material, proposta por Bendsoe & Kikuchi (1988), que considera uma equação constitutiva homogeneizada dependente apenas da densidade relativa do material. O elemento finito utilizado para a aproximação é o tetraédrico de quatro nós, com um esquema de integração seletiva, que interpola não só as componentes do campo de deslocamento como também o campo de densidade relativa. O processo proposto consiste na solução de uma seqüência de problemas de otimização e é aplicado a problemas de minimização da flexibilidade (atendendo a um limite de volume material) e da massa (satisfazendo um critério de tensão) em estruturas tridimensionais. A microestrutura utilizada para a descrição das propriedades materiais é do tipo SIMP (Solid Isotropic Material with Penalty). A abordagem reduz consideravelmente o custo computacional, mostrando ser efetiva e promissora. Os resultados proporcionaram um leiaute estrutural definido, com nítida distribuição do material e definição do contorno, com qualidade proporcional ao tamanho médio do elemento da malha em questão, assim como uma considerável redução no total de variáveis de projeto, devido à utilização do elemento finito empregadoapplication/pdfporUniversidade Federal do Rio Grande do NortePrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFRNBRTecnologia de Materiais; Projetos Mecânicos; TermociênciasEngenharia mecânicaOtimização topológica 3DTopologiaOtimização de leiauteTopologiaEstruturas TridimensionaisMétodo de OtimizaçãoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAMétodo de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALKarilanyDC.pdfapplication/pdf1404746https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15665/1/KarilanyDC.pdf75321c91ff10021c5b9665530a1b4f3dMD51TEXTKarilanyDC.pdf.txtKarilanyDC.pdf.txtExtracted texttext/plain162689https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15665/6/KarilanyDC.pdf.txta7c5e75d13e4641954ed9ed1d5787bdaMD56THUMBNAILKarilanyDC.pdf.jpgKarilanyDC.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg2098https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15665/7/KarilanyDC.pdf.jpgc21d8820ae9119472a85be8572566b03MD57123456789/156652017-11-01 23:52:29.916oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/15665Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2017-11-02T02:52:29Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.por.fl_str_mv Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
title Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
spellingShingle Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
Coutinho, Karilany Dantas
Engenharia mecânica
Otimização topológica 3D
Topologia
Otimização de leiaute
Topologia
Estruturas Tridimensionais
Método de Otimização
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
title_short Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
title_full Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
title_fullStr Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
title_full_unstemmed Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
title_sort Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais
author Coutinho, Karilany Dantas
author_facet Coutinho, Karilany Dantas
author_role author
dc.contributor.authorID.por.fl_str_mv
dc.contributor.authorLattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/8409211766785367
dc.contributor.advisorID.por.fl_str_mv
dc.contributor.advisorLattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5028446242533356
dc.contributor.referees1.pt_BR.fl_str_mv Nascimento Neto, Joel Araújo do
dc.contributor.referees1ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees1Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2747505817148030
dc.contributor.referees2.pt_BR.fl_str_mv Nóbrega, Selma Hissae Shimura da
dc.contributor.referees2ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees2Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/3401274958916898
dc.contributor.author.fl_str_mv Coutinho, Karilany Dantas
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Costa Júnior, João Carlos Arantes
contributor_str_mv Costa Júnior, João Carlos Arantes
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia mecânica
Otimização topológica 3D
Topologia
Otimização de leiaute
Topologia
Estruturas Tridimensionais
Método de Otimização
topic Engenharia mecânica
Otimização topológica 3D
Topologia
Otimização de leiaute
Topologia
Estruturas Tridimensionais
Método de Otimização
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
description The topology optimization problem characterize and determine the optimum distribution of material into the domain. In other words, after the definition of the boundary conditions in a pre-established domain, the problem is how to distribute the material to solve the minimization problem. The objective of this work is to propose a competitive formulation for optimum structural topologies determination in 3D problems and able to provide high-resolution layouts. The procedure combines the Galerkin Finite Elements Method with the optimization method, looking for the best material distribution along the fixed domain of project. The layout topology optimization method is based on the material approach, proposed by Bendsoe & Kikuchi (1988), and considers a homogenized constitutive equation that depends only on the relative density of the material. The finite element used for the approach is a four nodes tetrahedron with a selective integration scheme, which interpolate not only the components of the displacement field but also the relative density field. The proposed procedure consists in the solution of a sequence of layout optimization problems applied to compliance minimization problems and mass minimization problems under local stress constraint. The microstructure used in this procedure was the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalty). The approach reduces considerably the computational cost, showing to be efficient and robust. The results provided a well defined structural layout, with a sharpness distribution of the material and a boundary condition definition. The layout quality was proporcional to the medium size of the element and a considerable reduction of the project variables was observed due to the tetrahedrycal element
publishDate 2006
dc.date.issued.fl_str_mv 2006-05-19
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2014-12-17T14:58:12Z
dc.date.available.fl_str_mv 2014-12-09
2014-12-17T14:58:12Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv COUTINHO, Karilany Dantas. Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais. 2006. 109 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Materiais; Projetos Mecânicos; Termociências) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15665
identifier_str_mv COUTINHO, Karilany Dantas. Método de Otimização Topológica em Estruturas Tridimensionais. 2006. 109 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Materiais; Projetos Mecânicos; Termociências) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.
url https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15665
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFRN
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Tecnologia de Materiais; Projetos Mecânicos; Termociências
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15665/1/KarilanyDC.pdf
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15665/6/KarilanyDC.pdf.txt
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/15665/7/KarilanyDC.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 75321c91ff10021c5b9665530a1b4f3d
a7c5e75d13e4641954ed9ed1d5787bda
c21d8820ae9119472a85be8572566b03
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1802117694318706688