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Title: Método de Otimização Topológica em estruturas contínuas bidimensionais
Other Titles: Topology Optimization of continuum two-dimensional structures
Authors: Nascimento, Higo Leonardo da Silva
Keywords: Otimização Topológica;Elementos Finitos;Perfil de asa;Nervura;Veículo Aéreo Não Tripulado
Issue Date: 26-Jun-2019
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: NASCIMENTO, Higo Leonardo da Silva. Método de Otimização Topológica em estruturas contínuas bidimensionais. 2019. 80f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: Este trabalho apresenta o Método de Otimização Topológica com o objetivo de minimizar a flexibilidade sob restrições laterais e de volume, aplicado a estruturas simples da Engenharias Civil, Mecânica e da Aviação como vigas, mísulas e nervuras da ponta da asa de um Veículo Aéreo Não Tripulado, a qual é a principal aplicação. O Método de Otimização Topológica é formulado para determinar a melhor distribuição de material no domínio. O problema estático é resolvido com o Método dos Elementos Finitos em que a resposta estrutural é dada como deslocamentos nodais. Para a descrição do comportamento estrutural é utilizado um modelo de Material Isotrópico Sólido com Penalização, que usa uma densidade “fictícia” para representar a distribuição do material em cada elemento finito, que define as propriedades elásticas do material isotrópico. A solução é implementada com um algoritmo didático. A programação não linear é usada e o critério de ótimo é atualizado por um método heurístico. Além disso, filtros de sensibilidade e densidade são usados para minimizar a ocorrência de instabilidades numéricas: tabuleiros de xadrez, dependências de malha e mínimos locais. Os resultados são avaliados em três critérios: primeiro, a ocorrência destas instabilidades e desempenho do filtro, segundo o tempo de convergência e implementação e o último uma breve comparação com a literatura em uma análise geral sobre o resultado.
Abstract: This work presents the Topology Optimization Method where the objective is to minimize compliance with lateral and volume constraints of simple structures from Civil, Mechanical and Aviation Engineers like beams, hooks, corbels, and ribs from aircraft wings leading edge, the main application. The problems are solved by a Topology Optimization Method technique, formulated as finding the best material distribution into the domain. The static problem is solved with the Finite Element Method were the structural response is given as nodal displacements. The Optimality criteria are based in the power-law approach, also known as Solid Isotropic Material with Penalization that uses a “fictitious” density to represent the material distribution into each finite element that defines the elastic properties of isotropic porous material. The solution is implemented with a didactic algorithm. No linear programming is used and a heuristic updating scheme is used as standard optimality criteria. Besides, sensitivity and densities filters are used to minimize the occurrence of numerical instabilities: checkerboards, mesh-dependencies, and local minima. The results are evaluated in three criteria: first, the occurrence of these instabilities and filter performance, second the convergence and implementation time and the last one a brief comparison with the literature and a general analysis of the results.
URI: http://monografias.ufrn.br/handle/123456789/8960
Other Identifiers: 20170155917
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