Otimização topológica na concepção de fluidoatuadores celulares

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Cunha, Daniel Candeloro, 1991-
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: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Otimização topológica
Multiescala
Materiais compostos
Topology Optimization
Multiscale
Composite materials
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635821
Resumo: Orientador: Renato Pavanello
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spelling Otimização topológica na concepção de fluidoatuadores celularesTopology optimization on the design of cellular fluid actuatorsOtimização topológicaMultiescalaMateriais compostosTopology OptimizationMultiscaleComposite materialsOrientador: Renato PavanelloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Propôs-se desenvolver um programa de otimização topológica capaz de auxiliar no projeto de mecanismos bioinspirados, mais especificamente, fluidoatuadores celulares. Descreveu-se o problema físico, sua formulação para análise numérica e finalmente o procedimento de otimização. O modelo utilizado considera regimes de grandes deslocamentos e deformações; e carregamentos hidrostáticos dependentes tanto do campo de deslocamentos quanto da topologia. Trabalha-se, portanto, com problemas geometricamente não-lineares. O atuador é descrito por uma macrotopologia, que define a distribuição de células no macrodomínio; e por microtopologias, que definem a forma de cada célula. Foram consideradas duas funções de performance para os atuadores: trabalho útil, medida da amplitude de atuação; e transmitância mecânica, medida de eficiência energética. A otimização foi feita para maximizar uma dessas duas funções. Três modalidades de otimização foram definidas: microescala, na qual se considera apenas uma célula isolada; macroescala, na qual a otimização multimaterial estabelece a macrotopologia do atuador, considerando que as microtopologias das células não se alteram; e multiescala, na qual as microtopologias do atuador celular podem ser otimizadas em conjunto com sua macrotopologia. Quando se trabalha com as estruturas celulares, utiliza-se um modelo representativo, em que cada célula corresponde a um único macroelemento. Uma série de simulações foi relizada tanto para validar as formulações e implementações quanto para compreender as limitações e potencialidades dos modelos propostos e métodos utilizados. A validação foi bem sucedida. Apesar de o modelo representativo proposto ter se mostrado inadequado para trabalhar com a transmitância mecânica, o programa desenvolvido mostrou-se eficaz em todos os outros casos e capaz de ser utilizado numa vasta gama de problemas. Algumas categorias de problemas foram abordadas: atuadores unicelulares, estruturas reativas, constritores radiais e atuadores articulados. Em todos os casos obtiveram-se resultados satisfatórios e o programa desenvolvido forneceu sistematicamente designs efetivos para os mecanismos consideradosAbstract: It was proposed the development of a topology optimization program to aid the project of bioinspired mechanisms, more specifically, cellular fluid actuators. The physical problem, its formulation for numerical analysis and ultimately the optimization procedure were described. Large displacements and strains were considered in the model, as well as hydrostatic loading, which is displacement dependent and also topology dependent. Therefore, the problems are geometrically nonlinear. The actuator is described by a macrotopology, which defines the cells¿ distribution over the macrodomain; and by microtopologies, which define each cell¿s shape. Two performance functions were considered for the actuators: output work, a measure of actuation amplitude; and mechanical transmittance, a measure of energetic efficiency. The optimization was performed in order to maximize one of those functions. Three modalities of optimization were defined: microscale, where a single isolated cell is considered; macroscale, where a multimaterial optimization establishes the actuator¿s macrotopology, for unchanging micro topologies; and multiscale, where the cellular actuator¿s microtopologies may be optimized together with its macrotopology. When working with the cellular structures, a representative model is used, where each cell corresponds to a single macroelement. A series of tests was performed to validate the formulations and implementations, and also to understand the limitations and potentialities of the proposed models and chosen methods. The validation was successful. Although the proposed representative model has been shown improper for working with mechanical transmittance, the developed program was effective for all other cases and it is suited to be used in a wide range of problems. Some categories of problems were approached: unicellular actuators, reactive structures, radial constrictors and articulated actuators. The obtained results were satisfactory for all cases and effective designs for the considered mechanisms were systematically provided by the developed programMestradoMecânica de Sólidos e Projeto MecânicoMestre em Engenharia MecânicaCAPES33003017FAPESP2013/08293-7[s.n.]Pavanello, Renato, 1959-Serpa, Alberto LuizFancello, Eduardo AlbertoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASCunha, Daniel Candeloro, 1991-20192019-01-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (179 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635821CUNHA, Daniel Candeloro. Otimização topológica na concepção de fluidoatuadores celulares. 2019. 1 recurso online (179 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635821. Acesso em: 28 fev. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1082085Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-04-16T17:21:44Zoai::1082085Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2019-04-16T17:21:44Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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