Otimização de topologia sob restrição de tensão para aplicação em subestruturas de submarino - Nakamura, Ivan Issamu (2024)
Devido à evolução no desenvolvimento do projeto do primeiro Submarino Nuclear Convencionalmente Armado (SNCA) brasileiro, a demanda de conhecimento de áreas específicas e cada vez mais críticas tem aumentado, como é o caso do projeto de estruturas submarinas. Nesse contexto, a otimização topológica sob restrições de tensão com aplicações em subestruturas destaca-se pela relevância e pela natureza desafiadora dos problemas de projeto associados. A finalidade deste trabalho foi desenvolver um código computacional para análise por elementos finitos e otimização topológica visando a redução de massa estrutural, sem comprometer a resistência avaliada por limites máximos de tensão do material. A metodologia desenvolvida é baseada em minimizações de função objetivo de massa com a incorporação de restrições de tensão de von Mises em todos os elementos finitos que representam uma estrutura, por meio do método numérico de Lagrangiano Aumentado. As soluções foram obtidas por meio das rotinas de otimização do pacote fmincon do MATLAB. Estratégias de relaxação de restrições de tensão são aplicadas para permitir alcançar soluções em regiões degeneradas do domínio de projeto. Os resultados alcançados indicam uma minimização de massa, respeitando adequadamente as restrições de tensão estabelecidas. Além disso, os resultados demonstraram sensibilidade às magnitudes de carga aplicada e aos limites de tensão do material. Comparações entre topologias otimizadas considerando restrições de tensão e aquelas voltadas para flexibilidade média em problemas clássicos também foram realizadas, confirmando que a metodologia desenvolvida respeita os limites de tensão estabelecidos. Desta maneira, concluiu-se que a aplicação conjunta do método dos elementos finitos com a otimização topológica tem pleno potencial para o bom desenvolvimento de estruturas mais leves e eficientes, contribuindo para a viabilidade e competitividade do projeto do submarino no cenário global.