Otimização topológica evolucionária de mecanismos flexíveis atuados por fluido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Vitor Hugo Lopes Costa, 1998-
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/18079
Resumo: Orientador: Renato Pavanello
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spelling Otimização topológica evolucionária de mecanismos flexíveis atuados por fluidoEvolutionary topology optimization of fluid-actuated compliant mechanismOtimização estruturalOtimização topológicaPressão hidrostáticaStructural optimizationTopology optimizationHydrostatic pressureOrientador: Renato PavanelloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Mecanismos flexíveis (Compliant Mechanism - CMs) são mecanismos que transmitem movimento através de pura deformação, não havendo juntas entre seus membros. Por conta disso, são mecanismos muito eficientes e possuem diversas aplicações onde é necessário precisão. O uso de otimização topológica é uma das maneiras de se encontrar configurações ótimas para esses mecanismos. Isto posto, nos últimos anos houve um crescimento de trabalhos focados em otimização topológica de CMs. Contudo, ainda há poucos trabalhos abordando a otimização de CMs atuados por pressão (Pressure-actuated Compliant Mechanisms - Pa-CMs), um campo que possui aplicações principalmente no desenvolvimento de soft robots. Por isso, esse trabalho visa implementar a otimização topológica de Pa-CMs usando o método Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO), um método discreto de otimização topológica, onde a fronteira fluido-estrutura é bem definida. Foi feita a implementação do método BESO para otimizar Pa-CMs, levando em conta a carga que nesse problema é dependente da topologia. O método conseguiu otimizar seis problemas de Pa-CMs, onde cada um obteve comportamentos diferentes. Visto essa diferença entre os mecanismos, também foram feitos testes variando os parâmetros do BESO, testes com inclusão de regiões fora do domínio de projeto e testes com diferentes geometrias iniciais como alternativa à topologia cheia. Com isso, pôde-se determinar que o método BESO em Pa-CMs é muito dependente das variáveis de entrada e para muitos mecanismos apresenta um comportamento instável. Com o objetivo de mitigar instabilidades relacionada à variação da carga, um método baseado em fluxos virtuais, o Virtual Flux Method (VFM), para problemas de barreiras foi proposto. O método é capaz de impedir regiões de fluido de se conectar com regiões de vazio. O VFM mostrou um bom potencial de aplicação para esse tipo de problemaAbstract: Compliant mechanisms (CMs) are mechanisms that transmit movement through pure strain, with no joints among their components. As a result, they are highly efficient mechanisms and have various applications, where precision is required. The use of topology optimization is one of the ways to find optimum configurations for these mechanisms. Thus, in the last years, there has been a growth in works with CM topology optimization. However, there are still few works addressing the optimization of pressure-actuated CMs (Pa-CMs), a field with many applications, especially in the development of soft robots. Therefore, this work aims to implement the topology optimization of Pa-CMs using the Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) method, a discreet topology optimization method, which in this problem is topology dependent. The method successfully optimized six Pa-CM problems, each exhibiting different behaviors. Because of this difference between the mechanisms, tests varying the BESO parameters were conducted, including non-design domain regions, and testing with different starting geometries as an alternative to full topology. Hence, it was possible to determine that the BESO method for Pa-CMs is highly dependent on the input variables and presents an unstable behavior for many mechanisms. Aiming to mitigate instabilities related to load changes, a method based on virtual fluxes, the Virtual Flux Method (VFM), for barrier problems was proposed. The method is capable of preventing the fluid regions from connecting with void areas. The VFM showed a good potential for application in these types of problemsAbertoMestradoMecânica de Sólidos e Projeto MecânicoMestre em Engenharia MecânicaCAPES88887.817325/2023-00[s.n.]Pavanello, Renato, 1959-Vicente, William MartinsOliveira, Hugo LuizUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASLima, Vitor Hugo Lopes Costa, 1998-20242024-03-08T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (144 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/18079LIMA, Vitor Hugo Lopes Costa. Otimização topológica evolucionária de mecanismos flexíveis atuados por fluido. 2024. 1 recurso online (144 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/18079. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1389853Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1389853Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-06-11T14:25:07Zoai::1389853Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-06-11T14:25:07Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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