Orientador: Renato Pavanello

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: A otimização estrutural topológica é uma ferramenta aplicada em muitos campos da engenharia. Diversos métodos de otimização topológica (MOT) têm sido desenvolvidos a partir da consolidação do método dos elementos finitos e da evolução das capacidades computacionais. Dentre os diversos...

Resumo: A otimização estrutural topológica é uma ferramenta aplicada em muitos campos da engenharia. Diversos métodos de otimização topológica (MOT) têm sido desenvolvidos a partir da consolidação do método dos elementos finitos e da evolução das capacidades computacionais. Dentre os diversos métodos, o método denominado de Otimização Estrutural Evolucionária (ESO - Evolutionary Structural Optimization) tem se consolidado na área através da aplicação de estratégias heurísticas na análise do modelo estrutural. Esse método se baseia na eliminação sucessiva de elementos em uma malha de elementos finitos que cobre o espaço de soluções definido inicialmente. Atualmente, a otimização evolucionária conta com a versão bidirecional (BESO - Bidirectional ESO) em que os elementos não são apenas eliminados, mas também adicionados ao domínio inicial. Um dos problemas comuns aos métodos de otimização topológica é o Tabuleiro de Xadrez, que consiste na obtenção de soluções intermediárias com padrões sólido-vazios alternados que sub ou supervalorizam a rigidez da estrutura e divergem da solução ótima. Como soluções para este problema, são utilizados elementos finitos de alta ordem, filtros e a aplicação de malhas hexagonais. Entretanto, as duas primeiras opções implicam no aumento do custo computacional. Neste trabalho, investiga-se o uso de malhas hexagonais nos métodos ESO/BESO, cuja metodologia ainda não foi explorada nos métodos evolucionários. Além de eliminar o Tabuleiro de Xadrez, as malhas hexagonais possibilitam a obtenção de topologias com contornos mais suaves e livres de conexões por apenas um nó. São implementados os métodos ESO em critérios de tensão e rigidez, ESO em otimização de forma e o método BESO para critério baseado em rigidez. A aplicação de malhas hexagonais é investigada em todos esses casos

Abstract: The Structural Topology Optimization technique has been applied in many fields of engineering. Several optimization methods have been developed with the Finite Element Method consolidation and the evolution of computational capabilities. Among many techniques, Evolutionary Structural...

Abstract: The Structural Topology Optimization technique has been applied in many fields of engineering. Several optimization methods have been developed with the Finite Element Method consolidation and the evolution of computational capabilities. Among many techniques, Evolutionary Structural Optimization (ESO) has been consolidated in the area through the successive application of heuristic strategies in the structural analysis. This method is based on a rule of successive elimination of elements in a finite element mesh that covers the feasible solution space defined initially. The Bidirectional Evolutionary Structural Optimization method (BESO) was recently proposed, in which the elements are not only eliminated but also added to the initial domain. One of the common problems in topology optimization methods is the checkerboard that consists in obtaining intermediate solutions with solid-void alternated patterns that under or overvalue the stiffness of the structure and diverges from the optimum solution