OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA DE ESTRUTURAS ELÁSTICAS 2D VIA MEC BASEADA EM UMA NOVA ABORDAGEM EVOLUCIONÁRIA

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Publicada em 01/04/2016

Discente: Hélio Luiz Simonetti

Resumo:

Esta tese apresenta uma nova abordagem para Otimização Topológica (OT) em problemas da elasticidade plana, usando o Método dos Elementos de Contorno (MEC). O problema de OT é resolvido com a técnica numérica denominada Evolutionary Structural Optimization (ESO) a qual é acoplada com a formulação do MEC usando campos de tensões iniciais como estratégia para criar as cavidades no domínio na OT. Deste modo, um campo de tensões iniciais é somado às tensões elásticas do problema inicial resultando em tensões nulas, simulando de maneira virtual uma cavidade, evitando assim a introdução de elementos no domínio da estrutura diminuindo sensivelmente o custo computacional. Além disso, o acoplamento ESO-MEC é aplicado na OT com uma técnica simples de criação de sub-regiões em torno de um ponto interno cuja tensão de von Mises atende o critério de remoção. Os resultados apresentados com as metodologias propostas mostraram a independência da malha, a ausência do tabuleiro de xadrez durante o processo iterativo e possuem uma aderência às respostas apresentadas na literatura, mostrando ser capaz de produzir configurações robustas para projetos de engenharia.

Abstract:

This thesis presents a new approach to Topology Optimization (OT) in the plane elasticity problems using the Boundary Element Method (BEM). The topology optimization problem is solved with the numerical technique called Evolutionary Structural Optimization (ESO) that is coupled with the BEM formulation using initial stress fields as a strategy to create the cavities on the domain in the OT. Thus, an initial stress field is added to elastic stress of the initial problem resulting in zero stress, simulating virtual manner a cavity, thus avoiding the introduction of elements on the domain of the structure significantly decreasing the computational cost. The coupling (ESO-BEM) is also applied in the OT with a simple technique of creating sub-regions at around an internal point whose von Mises stress attends the removal criteria. The results presented with the proposed methodologies have shown the independence of the mesh, absence of the checkerboard during the iterative procedure and have an adherence to the responses presented in the literature, showing be able to produce robust configurations for engineering designs.

Palavras-chave:

Topological Optimization, Structural Optimization Evolutionary, Boundary Element Method, Initial stress field, Sub-region.

Áreas de Concentração:

- Doutorado: Construção Metálica

Orientadores:

- Francisco de Assis das Neves
- Valério da Silva Almeida

Banca Examinadora:

Prof. Francisco de Assis das Neves, UFOP (Presidente)
Prof. Valério da Silva Almeida, USP/SP
Prof. Ricardo Azoubel da Mota Silveira, UFOP
Prof. Edson Denner Leonel, USP/SC
Prof. Marcelo Greco, UFMG

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