Otimização topológica pelo método BESO aplicado a problemas com restrição de tensão e fadiga

• Autor(a) principal: Bortoluzzi, Fabiano
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/215312
• topic: Tensão mecânica; Otimização topológica; Fadiga (Engenharia); Stress minimization; Compliance minimization; Volume minimization; Evolutionary topology optimization; Fatigue failure criteria

Em problemas industriais, é contínua a busca por componentes com melhor desempenho estrutural, citando como exemplo a indústria automotiva onde é comum ter como objetivo o desenvolvimento de componentes com menor massa, mantendo-se a durabilidade dos mesmos e impactando diretamente no consumo de combustível dos veículos. Uma ferramenta que pode ser empregada para a solução deste tipo de problema é a otimização estrutural topológica. Dentre os diversos métodos disponíveis está o método de otimização estrutural evolucionária bidirecional BESO (Bi-directional Evolutionary Structural Optimization) que tem sido utilizado em problemas baseados em tensões e fadiga. O objetivo desse trabalho consiste em aplicar a metodologia BESO para minimização dos níveis de tensões considerando uma restrição de volume estrutural e também para minimização do volume estrutural com restrições de tensão e fadiga. A metodologia foi implementada em linguagem Matlab® e aplicada em exemplos 2D que tiveram seus resultados comparados com a abordagem clássica de minimização de flexibilidade com restrição de volume. Em relação a minimização de tensões, comparou-se o procedimento implementado neste trabalho com outros procedimentos encontrados na literatura, onde foi verificado que a metodologia utilizada neste trabalho proporcionou maiores reduções nos níveis de tensão. Também foram realizados experimentos numéricos para a avaliação da influência dos parâmetros de entrada nos resultados finais. A minimização de volume foi primeiramente realizada com restrições de tensões, e foi aplicada em três diferentes exemplos. Posteriormente esta abordagem foi utilizada como base para implementação de restrições de fadiga considerando três diferentes critérios de falha (Goodman modificado, Gerber e Soderberg), que foram aplicados em quatro diferentes problemas. As três abordagens de otimização aplicadas sobre os exemplos estudados se mostraram eficientes em seus objetivos, produzindo topologias que atenderam as restrições e são fabricáveis. De modo geral, forneceram resultados melhores que a abordagem clássica de minimização de flexibilidade quando são avaliados critérios de tensões e fadiga.