Otimização estrutural evolucionária em estruturas de absorção de energia

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Andrade, Fábio Morais de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica; Brasil; CEFET-MG
• Palavras-chave em Português: Otimização matemática; Otimização estrutural; Matemática aplicada; Método dos elementos finitos; Dinâmica estrutural
• Link de acesso: https://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/270

A utilização de materiais de alto desempenho se tornou importante em diversos campos da engenharia, como na indústria automotiva e aeroespacial, devido aos recursos materiais limitados, impacto ambiental e competição tecnológica. De outro lado, sabe-se que a otimização topológica estrutural é uma ferramenta de desenvolvimento de estruturas com ampla aplicação industrial. Dentre os vários métodos de otimização topológica existentes, a otimização estrutural evolucionária tem se destacado pela sua versatilidade, podendo ser utilizada em diversos tipos de problemas de engenharia. Na tentativa de combinar esses campos, este trabalho consiste no estudo do método de otimização evolucionária BESO (Bidirectional Evolutionary Structural Optimization) soft-kill e hard-kill full design e estimativa inicial de design aplicado a sistemas estáticos lineares e não lineares sob critério de rigidez e tensão e em estruturas de absorção de energia através de um algoritmo em Python suportado pelo software de elementos finitos Abaqus®. Para os sistemas lineares e não lineares, o método BESO foi comparado ao método SIMP e foi verificado os mesmos resultados para estruturas 2D contidas na literatura, assim como as técnicas BESO soft-kill e hard-kill full design e estimativa inicial de design, sendo as estruturas otimizadas não linearmente, mais rígidas que as otimizadas linearmente. Já para as estruturas 3D lineares e não lineares, o método BESO hard-kill de estimativa inicial de design se provou o mais eficiente, tanto em termos computacionais, quanto em conseguir uma solução ótima melhor que os demais métodos. Foi verificado também que o critério de tensão é equivalente ao critério de rigidez. Para as estruturas de absorção de energia, o método foi comparado ao trabalho de Fosberg e Nilsson (2007) em que foi obtido a mesma topologia pela otimização da parte frontal inferior de proteção de caminhão. Observou-se que o material da estrutura não interfere diretamente na topologia final, embora altere-se os valores de força máxima e energia de absorção. Porém, foi observado que o tipo de carregamento, diferentes condições de contorno e proporções de comprimento e altura maiores tem influência direta na topologia final, assim como nos valores de força máxima e energia de absorção, sendo necessário a definição desses parâmetros de projeto para obtenção de uma solução ótima que atenda às necessidades de projeto.