Método de otimização topológica aplicado a escoamentos incompressíveis integrando o método de elementos finitos (MEF) multiescala estabilizado

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Santos, Jardel Pereira dos
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Mestrado em Engenharia Mecânica
Centro Tecnológico
UFES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/17023
Resumo: Flow machines, over the years, have played a significant role in industrial activity, contributing positively to the development of humanity. As a result, studies focused on the field of fluid mechanics have been increasingly explored in order to contribute to the development of new technologies in the field of engineering. The objective of this work is to employ topological optimization in incompressible flows, using as an aid the implementation of the multiscale variational method capable of providing a stabilized finite element formulation for the NavierStokes equation, to seek the best material distribution along the fixed domain of project. The initial step takes place through the calculation of all flow conditions from the equations of the Navier-Stokes equations, and then the finite element method performs the approximation of the differential equations. The interest in combining the stabilized multiscale variational finite element method with the topological optimization method is to be able to provide a stable finite element structure. Then, the topological optimization process is started, in this work, using as objective the minimization of head loss in a predefined domain in which a material model is used in a porous medium. In this process, a method based on the objective function gradient is used to define the sensitivity analysis. As a way of attesting the topological optimization, combined with the stabilized multiscale variational method proposed in this work, the application of topological optimization is performed in some geometries already known in the literature. The optimization results performed in this project presented results very close to those in the literature. In general, the device optimization project, by combining the MOT with the multiscale finite element method, proved to be usable in the proposed project.
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The initial step takes place through the calculation of all flow conditions from the equations of the Navier-Stokes equations, and then the finite element method performs the approximation of the differential equations. The interest in combining the stabilized multiscale variational finite element method with the topological optimization method is to be able to provide a stable finite element structure. Then, the topological optimization process is started, in this work, using as objective the minimization of head loss in a predefined domain in which a material model is used in a porous medium. In this process, a method based on the objective function gradient is used to define the sensitivity analysis. As a way of attesting the topological optimization, combined with the stabilized multiscale variational method proposed in this work, the application of topological optimization is performed in some geometries already known in the literature. The optimization results performed in this project presented results very close to those in the literature. In general, the device optimization project, by combining the MOT with the multiscale finite element method, proved to be usable in the proposed project.As máquinas de fluxo ao longo dos anos apresentaram papel significativo na atividade industrial, colaborando de forma positiva para o desenvolvimento da humanidade. Com isso, estudos voltados ao campo da mecânica dos fluidos vêm sendo cada vez mais explorados com o intuito de contribuir para desenvolver novas tecnologias no ramo de engenharia. O objetivo deste trabalho é empregar o Método de Otimização Topológica (MOT) em escoamentos incompressíveis, utilizando a implementação do método variacional multiescala, capaz de fornecer uma formulação de elementos finitos estabilizada para a equação de Navier-Stokes, visando buscar a melhor distribuição de material ao longo do domínio fixo de projeto. A etapa inicial foi realizada por meio do cálculo de todas as condições de escoamento a partir das equações de Navier-Stokes, e então, com o método de elementos finitos, procedeu-se à aproximação das equações diferenciais. O interesse em combinar o método de elementos finitos estabilizado multiescala variacional com o método de otimização topológica consistiu em poder fornecer uma estrutura de elementos finitos. Em seguida, o processo de otimização topológica foi iniciado neste trabalho, utilizando-se como objetivo a minimização da perda de carga em um domínio predefinido, no qual é empregado um modelo material em um meio poroso. Nesse processo, um método baseado no gradiente da função-objetivo é utilizado para definir a análise de sensibilidade. Como forma de atestar a otimização topológica, combinando-se com o método variacional estabilizado multiescala proposto neste trabalho, foi realizada a aplicação da otimização topológica em algumas geometrias já conhecidas na literatura. Os resultados de otimização obtidos neste projeto se apresentaram muitos próximos aos da literatura. De forma geral, a empregabilidade do projeto de otimização de dispositivos pela combinação do MOT com método de elementos finitos multiescala mostrou se viável no projeto proposto.Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em Engenharia MecânicaCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaSaenz, Juan Sergio Romerohttp://lattes.cnpq.br/5239907504083223https://orcid.org/0009-0009-0687-0166http://lattes.cnpq.br/6551268489076133Nascimento, Edilson Luiz dohttp://lattes.cnpq.br/7888526444943028Menandro, Fernando César Meirahttps://orcid.org/0000-0002-9336-4991http://lattes.cnpq.br/0005425579105867Santos, Jardel Pereira dos2024-05-30T01:42:08Z2024-05-30T01:42:08Z2023-02-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17023porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-08-23T08:20:15Zoai:repositorio.ufes.br:10/17023Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082024-08-23T08:20:15Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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