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Title: Otimização topológica de estruturas bidimensionais.
Authors: Simonetti, Hélio Luiz
metadata.dc.contributor.advisor: Almeida, Valério da Silva
Keywords: Otimização topológica
Método dos elementos finitos
Topology optimization
Finite element method
Issue Date: 2009
Publisher: Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: SIMONETTI, H. L. Otimização topológica de estruturas bidimensionais. 2009. 153 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Engenharia Civil) - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2009.
Abstract: A Otimização Topológica é um método numérico capaz de fornecer, de forma automática, o leiaute de uma estrutura mecânica para que esta atenda um determinado critério de projeto. Assim, este trabalho inicia-se com uma revisão da literatura sobre otimização estrutural procurando familiarizar-se com o tema e suas diversas abordagens. O método estudado baseia-se numa análise de elementos finitos, destacando-se o elemento finito triangular de formulação livre. Neste trabalho, aborda-se o problema de otimização topológica mediante o uso de duas técnicas: o convencional ESO – Evolutionary Structural Optimization; sob critério de tensão máxima da estrutura num processo denominado de “hard-kill”, cuja retirada de material é feita de forma discreta; e uma nova técnica evolucionária desenvolvida neste trabalho denominada de SESO – Smoothing ESO; cuja filosofia, baseou-se na observação de que se o elemento não for realmente necessário à estrutura, naturalmente sua contribuição de rigidez vai diminuindo progressivamente, até que ele não tenha influência da estrutura, isto é, sua remoção é feita de forma suave. Para investigação e comprovação das técnicas implementadas, foram avaliados exemplos clássicos da elasticidade bidimensional dentro deste contexto, mediante os benchmarks, conforme descritos na literatura sobre este assunto. Durante a investigação foram analisados exemplos como o de peso próprio e alguns problemas da otimização topológica como a formação do “tabuleiro de xadrez” e a “dependência da malha”. Assim, foi implementado um filtro espacial de tensão que associado à técnica SESO, mostrou-se eficiente na eliminação dos mesmos. Ao final são apresentadas as principais conclusões além de sugestões para trabalhos futuros dentro desta área de pesquisa.
metadata.dc.description.abstracten: The Topology Optimization is a numerical method which is able to provide in an automatic way the layout of a mechanic structure which attends a specific project criterion. In such case, this work begins with a revision of the literature about the structural optimization searching for a familiarization with the theme and its approaching. The studied method bases on an analysis of finite elements, detached the triangular finite element of free formulation proposed by Bergan and Felippa (1985). In this context, it is approached the topology optimization problem through the use of two techniques: the conventional ESO – Evolutionary Structural Optimization, under criterion of maximum stress of a structure in a procedure called “hard-kill”, which material is slowly removed in the finite element mesh, and a new and evolutionary technique, designated SESO – Smoothing ESO, which philosophy is based on the observation that if the element it is not really necessary in the structure, naturally your severity contribution reduces progressively, until it does not have any influence of the structure, it means it will be removed in a smooth way. For the research and verification of the implemented techniques, were valued classic examples of 2D elasticity in this context, on the benchmarks, as described in the literature on this subject. During the investigation some examples, like those with body force, and some problems of topological optimization were analyzed as the formation of the "checkerboard" and "mesh-dependence", so it was implemented a special filter of stress which is associated at the SESO technique was efficient in the exclusion of the same. At the end are presented the main conclusions and suggestions to future works that are included in this research area.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2311
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