Otimização topológica binária de estruturas com abordagem de tensão
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2024 |
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Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
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Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/32506 |
Resumo: | his paper presents an innovative approach in the field of topological optimization, focusing on the Topology Optimization of Binary Structures (TOBS) method. The main objective is to develop a topological optimization algorithm that differentiates itself by using stress as the sensitivity criterion, in contrast to the commonly adopted deformation. To this end, a modified form of the P-norm is devised, and auxiliary functions are introduced to overcome computational problems. The motivation for this choice lies in the search for more efficient and realistic solutions to engineering problems, where stress plays a crucial role in determining structural integrity. Aiming for more precise optimization aligned with practical demands, clamped beam cases with forces applied at different points were analyzed, thus validating the proposed methodology through case studies and comparing it with conventional approaches, highlighting its effectiveness and advantages in optimizing complex structures. The obtained results demonstrate not only the feasibility of the proposed approach but also its potential to significantly improve the performance and reliability of structural designs, achieving cases with a reduction of more than 20% in the maximum stress of the final structure, while maintaining the strain energy with a difference of approximately 3%. However, it is notable that the methodology is not yet fully mature, often suffering from large oscillations and requiring more iterations to reach convergence. This work contributes to the advancement of the field of topological optimization, emphasizing the importance of considering stress as a sensitivity criterion. By exploring new horizons in this area, it opens up space for practical application in various engineering sectors, providing |
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Otimização topológica binária de estruturas com abordagem de tensãoStress aprouch topology optimization binary structurefinite elment method.topology optimizationstressTOBSmétodo dos elementos finitosotimização topológicatensãoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAhis paper presents an innovative approach in the field of topological optimization, focusing on the Topology Optimization of Binary Structures (TOBS) method. The main objective is to develop a topological optimization algorithm that differentiates itself by using stress as the sensitivity criterion, in contrast to the commonly adopted deformation. To this end, a modified form of the P-norm is devised, and auxiliary functions are introduced to overcome computational problems. The motivation for this choice lies in the search for more efficient and realistic solutions to engineering problems, where stress plays a crucial role in determining structural integrity. Aiming for more precise optimization aligned with practical demands, clamped beam cases with forces applied at different points were analyzed, thus validating the proposed methodology through case studies and comparing it with conventional approaches, highlighting its effectiveness and advantages in optimizing complex structures. The obtained results demonstrate not only the feasibility of the proposed approach but also its potential to significantly improve the performance and reliability of structural designs, achieving cases with a reduction of more than 20% in the maximum stress of the final structure, while maintaining the strain energy with a difference of approximately 3%. However, it is notable that the methodology is not yet fully mature, often suffering from large oscillations and requiring more iterations to reach convergence. This work contributes to the advancement of the field of topological optimization, emphasizing the importance of considering stress as a sensitivity criterion. By exploring new horizons in this area, it opens up space for practical application in various engineering sectors, providingEste trabalho apresenta uma abordagem inovadora na área de otimização topológica, focalizando no método Topology Optimization of Binary Structures (TOBS). O objetivo principal consiste em desenvolver um algoritmo de otimização topológica, diferenciando-se ao utilizar a à tensão como critério de sensibilidade, em contrapartida à deformação comumente adotada. Para tal, é elaborada uma forma modificada da P-norma, e introduzido funções auxiliares para contornar problemas computacionais. A motivação para esta escolha reside na busca por soluções mais eficientes e realistas para problemas de engenharia, onde a tensão desempenha um papel crucial na determinação da integridade estrutural. Visando uma otimização mais precisa e alinhada com as demandas práticas, foram analisados casos de vigas engastadas com forças aplicadas em diferentes pontos, sendo assim, a metodologia proposta é validada por meio de estudos de caso e comparada com abordagens convencionais, evidenciando sua eficácia e vantagens na otimização de estruturas complexas. Os resultados obtidos demonstram não apenas a viabilidade da abordagem proposta, mas também seu potencial para melhorar significativamente o desempenho e a confiabilidade de projetos estruturais, chegando a casos com uma redução de mais de 20% na tensão máxima da estrutura final, mantendo a energia de deformação com uma diferença de aproximadamente 3%. Entretanto, é notável que o a metodologia ainda não se encontra completamente madura, sofrendo muitas vezes com grandes oscilações e necessitando mais número de interações para alcançar a convergência. Este trabalho contribui para o avanço do campo da otimização topológica, destacando a importância de considerar a tensão como critério de sensibilidade. Ao desbravar novos horizontes nessa área, abrese espaço para a aplicação prática em diversos setores da engenharia, proporcionando soluções mais robustas e eficientes na busca pela excelência em projetos estruturais.Universidade Federal de Santa MariaBrasilUFSMCentro de TecnologiaRodriguez, Rene QuispeCoppetti, Augusto Alpe2024-07-26T13:12:51Z2024-07-26T13:12:51Z2024-07-162024-07-16Trabalho de Conclusão de Curso de Graduaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/32506ark:/26339/001300000ntr9porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-07-26T13:12:51Zoai:repositorio.ufsm.br:1/32506Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2024-07-26T13:12:51Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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