Otimização topológica de estruturas contínuas baseada no método de Petrov-Galerkin local sem malha direto acoplado com uma abordagem evolucionária bidirecional
| Ano de defesa: | 2024 |
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Resumo: | Topology optimization is one of the most interesting fields of structural optimization, enabling the conception of efficient and lightweight designs. In recent years, meshless numerical methods have emerged as a significant alternative to mesh-based approaches. Although historically reliant on the Finite Element Method, topology optimization techniques have been associated with several meshless methods. However, most of these numerical approaches using a mesh, either to construct the trial functions or to perform the numerical integration. The Direct Meshless Local Petrov-Galerkin - DMLPG method is characterized as a truly meshless method, as it does not use a mesh throughout its development. This method has been applied to solve various boundary value problems, obtaining results with good precision and computational efficiency, since integration is performed under low-degree polynomials instead of considering complex shape functions. In this work, a new approach to topological optimization is proposed, combining DMLPG with a Bidirectional Evolutionary Structural Optimization - BESO method, in order to show the feasibility of this numerical procedure in this field. DMLPG is used to obtain displacements, strains and stresses, while BESO updates the structural geometry based on sensitivity values. Some examples, considering the minimization of the total deformation energy of linear elastic structures, were carried out, demonstrating the applicability and validity of the technique by comparing the optimal designs obtained with other results found in existing literature. |
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Sousa, Laise Lima de CarvalhoCavalcante-Neto, Joaquim BentoVidal, Creto Augusto2024-06-18T21:20:41Z2024-06-18T21:20:41Z2024SOUSA, Laise Lima de Carvalho. Otimização topológica de estruturas contínuas baseada no método de Petrov-Galerkin local sem malha direto acoplado com uma abordagem evolucionária bidirecional. 2024. 105 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77057Topology optimization is one of the most interesting fields of structural optimization, enabling the conception of efficient and lightweight designs. In recent years, meshless numerical methods have emerged as a significant alternative to mesh-based approaches. Although historically reliant on the Finite Element Method, topology optimization techniques have been associated with several meshless methods. However, most of these numerical approaches using a mesh, either to construct the trial functions or to perform the numerical integration. The Direct Meshless Local Petrov-Galerkin - DMLPG method is characterized as a truly meshless method, as it does not use a mesh throughout its development. This method has been applied to solve various boundary value problems, obtaining results with good precision and computational efficiency, since integration is performed under low-degree polynomials instead of considering complex shape functions. In this work, a new approach to topological optimization is proposed, combining DMLPG with a Bidirectional Evolutionary Structural Optimization - BESO method, in order to show the feasibility of this numerical procedure in this field. DMLPG is used to obtain displacements, strains and stresses, while BESO updates the structural geometry based on sensitivity values. Some examples, considering the minimization of the total deformation energy of linear elastic structures, were carried out, demonstrating the applicability and validity of the technique by comparing the optimal designs obtained with other results found in existing literature.A otimização topológica é um dos campos mais interessantes da otimização estrutural, possibilitando a concepção de projetos eficientes e leves. Nos últimos anos, os métodos numéricos sem malha têm surgido como uma alternativa significativa em relação às abordagens com malha. Embora tenham historicamente se apoiado no Método dos Elementos Finitos, as técnicas de otimização topológica vêm sendo associadas a vários métodos sem malha. No entanto, a maioria dessas abordagens numéricas acaba recorrendo a uma malha, seja para construir as funções tentativas ou para realização da integração numérica. O método de Petrov-Galerkin Local Sem Malha Direto (Direct Meshless Local Petrov-Galerkin - DMLPG) é caracterizado como um método verdadeiramente sem malha, pois não faz uso de uma malha em todo seu desenvolvimento. Esse método tem sido aplicado para resolver diversos problemas de valor de contorno, obtendo resultados com boa precisão e eficiência computacional, uma vez que a integração é realizada sob polinômios de baixo grau, ao invés de considerar funções de forma complicadas. Neste trabalho, uma nova abordagem de otimização topológica é proposta, combinando o DMLPG com um método de Otimização Estrutural Evolucionária Bidirecional (Bidirectional Evolutionary Structural Optimization - BESO), com o intuito de mostrar a viabilidade desse procedimento numérico nessa área. O DMLPG é usado para obter os deslocamentos, deformações e tensões, enquanto o BESO atualiza a geometria estrutural com base nos valores de sensibilidade. Alguns exemplos, considerando a minimização da energia total de deformação de estruturas elásticas lineares, foram realizados, demonstrando a aplicabilidade e validade da técnica ao comparar os projetos ótimos obtidos com outros resultados encontrados na literatura existente.Otimização topológica de estruturas contínuas baseada no método de Petrov-Galerkin local sem malha direto acoplado com uma abordagem evolucionária bidirecionalTopology optimization of continuum structures based on the direct meshless local Petrov-Galerkin method coupled with a bidirectional evolutionary approachinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisOtimização topológicaMétodos sem malhaMétodo DMLPGMétodo BESOTopology optimizationMeshless methodDMLPG methodBESO methodCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/9113449407790804http://lattes.cnpq.br/9499398320838094http://lattes.cnpq.br/08662053479722032024-06-18ORIGINAL2024_tese_llcsousa.pdf2024_tese_llcsousa.pdfapplication/pdf6983608http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/77057/3/2024_tese_llcsousa.pdf10d75807f80847f45bd6ea5019017382MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/77057/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/770572024-06-18 18:20:43.249oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2024-06-18T21:20:43Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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