Otimização topológica multiobjetivo de estruturas submetidas a carregamentos termo-mecânicos
Sergio Quispe Rodríguez
DISSERTAÇÃO
T/UNICAMP Q487o
[Multiobjective topology optimization of structures considering thermo-mechanical loads]
Campinas, SP : [s.n.], 2015.
117 p. : il.
Orientador: Renato Pavanello
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Resumo: A otimização estrutural topológica é uma ferramenta aplicada atualmente em muitos campos da engenharia tendo se consolidado no meio acadêmico e industrial. Em muitos casos práticos os carregamentos mecânicos e térmicos ocorrem simultaneamente nas estruturas. Nestas situações, a aplicação do...
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Resumo: A otimização estrutural topológica é uma ferramenta aplicada atualmente em muitos campos da engenharia tendo se consolidado no meio acadêmico e industrial. Em muitos casos práticos os carregamentos mecânicos e térmicos ocorrem simultaneamente nas estruturas. Nestas situações, a aplicação do método de otimização estrutural topológica deve contemplar tanto os requisitos mecânicos, como os requisitos térmicos. Assim, uma abordagem multi-física e multi-objetivo precisa ser desenvolvida para a solução desta classe de problemas. O presente trabalho é dedicado ao estudo da aplicação do método BESO (BESO - Bi-directional Evolutionary Structural Optimization) à sistemas multi-físicos considerando inicialmente os carregamentos termo-mecânicos como forças de corpo ou seja, forças dependentes do projeto. As funções objetivo consideradas são a flexibilidade média da estrutura e a capacidade térmica do sistema. A análise termo-mecânica é realizada usando o método de acoplamento sequencial, onde obtêm-se inicialmente a resposta do campo térmico, ou aplica-se um campo previamente conhecido do ponto da estrutura e na sequência calculam-se as forças térmicas geradas e a dilatação da estrutura. Explora-se também a otimização termo-mecânica multiobjetivo, em que duas funções objetivo são consideradas simultaneamente. Considera-se como o objetivo do problema de otimização, a minimização da flexibilidade média e a minimização da capacidade térmica, usando o método de soma ponderada. Para a validação dos procedimentos de otimização implementados neste trabalho, são apresentados exemplos de otimização para sistemas termo-mecânicos bidimensionais. A viabilidade do método para aplicação em problemas de engenharia e a comparação de resultados com outros métodos de otimização, permite afirmar que as técnicas propostas podem ser usadas na solução de problemas de otimização topológica de sistemas termo-mecânicos
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Abstract: The structural topology optimization is an usefull tool applied in many engineering fields, having been established in the academic and industrial environments. In many practical cases, the mechanical and thermal loads occur simultaneously in a structure. In these cases, the aplication of...
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Abstract: The structural topology optimization is an usefull tool applied in many engineering fields, having been established in the academic and industrial environments. In many practical cases, the mechanical and thermal loads occur simultaneously in a structure. In these cases, the aplication of structural topology optimization should consider the thermal and mechanical requirements. For this reason, a multi-physic and multi-objective approach needs to be developed for the solution of these types of problems. The present work is dedicated to the study of the BESO method (BESO - Bi-directional Evolutionary Structural Optimization) applied to multi-physic systems taking in consideration thermo-mechanical loads as design dependent body loads. The objective functions considered are the compliance and heat capacity of the system. The thermo-mechanical analysis is carried out using a sequential coupling method, where the thermal field response is obtained initially, and in the sequence, the thermal loads or dilation loads are calculated. The bi-objective thermo-mechanical optimization problem is also analysed, where two objective functions are considered simultaneously. To validate the procedures implemented in this work, some 2-D examples of thermo-mechancial systems optimization are presented. The feasibility of the method for the aplication in engineering problems and the comparison of the results obtained using other methods, alows to state that the proposed techniques can be used in the solution of optimization problems of thermo-mechanical systems
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