OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA 3D SOB RESTRIÇÃO DE TENSÃO

  • Karilany Dantas Coutinho Universidade Federal do Rio Grande do Norte / Departamento de Engenharia Biomédica
  • João Carlos Arantes Costa Júnior Universidade Federal do Rio Grande do Norte
  • Marcelo Krajnc Alves Universidade Federal de Santa Catarina
  • Custódio Leopoldino Brito Guerra Neto Universidade Federal do Rio Grande do Norte
  • Caroline Dantas Vilar Wanderley Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Resumo

O problema de otimização topológica é utilizado para caracterizar e determinar a distribuição ótima de material no espaço de projeto. Em outras palavras, após serem definidas as condições de contorno num domínio de projeto pré-estabelecido, o problema é como distribuir o material de modo a solucionar o problema de minimização. Sendo assim, o problema de otimização de leiaute pode ser considerado como um problema pontual material/vazio. Este trabalho tem como objetivo propor um processo metodológico para a determinação de leiautes estruturais ótimos, que seja competitivo para utilização em problemas 3D, minimizando a massa e satisfazendo um critério de tensão. O método de otimização de leiaute empregado é baseado na abordagem material, que considera uma equação constitutiva homogeneizada dependente apenas da densidade relativa do material. Para a descrição das propriedades do material, utiliza-se uma formulação de microestruturas porosas, caracterizado pelo modelo material do tipo SIMP. Na aproximação por elementos finitos utiliza-se um elemento tetraedro de quatro nós, que interpola linearmente o campo de densidades relativas além das componentes do campo de deslocamentos. Com as considerações propostas foi obtido um leiaute que caracteriza a topologia estrutural de problemas 3D, atendendo a solução de problema de modo competitivo. A formulação se mostrou promissora para a implementação de recursos de adaptatividade.

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Biografia do Autor

Karilany Dantas Coutinho, Universidade Federal do Rio Grande do Norte / Departamento de Engenharia Biomédica
Professora da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (Atual). Doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (Atual). Ex-engenheira da EMBRAER - Empresa Brasileira de Aeronáutica (2010). Mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2006). Graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2004). Experiência na área de Engenharia Mecânica, Análise Estrutural de Componentes Mecânicos (metálicos e não-metálicos) e Otimização Estrutural.
João Carlos Arantes Costa Júnior, Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Mecânica, Campus Universitário, Lagoa Nova, Natal, RN, Brasil. CEP: 59072-970, Fax: (84) 3215-3768, Fone: (84) 32153740, r-207. 

Marcelo Krajnc Alves, Universidade Federal de Santa Catarina

Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Mecânica, C.P. 476, CEP 88010-970, Florianópolis, SC, Brasil. Fax: (48) 2343131, Fone: (48) 3319899. 

Custódio Leopoldino Brito Guerra Neto, Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Biomédica, Campus Universitário, Lagoa Nova, Natal, RN, Brasil. CEP: 59072-970. 

Caroline Dantas Vilar Wanderley, Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Biomédica, Campus Universitário, Lagoa Nova, Natal, RN, Brasil. CEP: 59072-970. 

Referências

BENDSOE M. P.; Optimization of Structural Topology, Shape, and Material - , Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 1995, 271 p.

BENDSOE M. P., KIKUCHI N.; Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method, Comput. Meth. Appl. Mech. Engrg., v. 71(2), p. 197-224, 1988.

BENDSOE M. P., SIGMUND O.; Material interpolation schemes in topology optimization, Archive of Applied Mechanics, v. 69, p. 635-54, 1999.

CHENG, G. e GUO, X.; ε-Relaxed Approach in Structural Topology Optimization, Structural Optimization, vol. 13, pp. 258-266, 1997.

COSTA JR. J. C. A.; Otimização Topológica com Refinos H-adaptativos, Tese de Doutorado, UFSC, Santa Catarina, Brasil, 2003.

COSTA JR. J. C. A., ALVES M. K.; h-adaptivity procedures of a stress based layout optimization, Cilamce 2003, Ouro Preto-MG, Brasil, CDRom media, 2003b.

COSTA JR. J. C. A., ALVES M. K.; Layout optimization with h-adaptivity of structures, Int. J. Numer. Meth. Engng., v. 58(1), p. 83-102, 2003a.

DUYSINX P., SIGMUND O.; New Development in handling stress constraints in optimal material distribution, In 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Design Optimization, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Saint Louis, Missouri, EUA, paper 98/4906/1–9, 1998.

DUYSINX, P. e BENDSOE M. P.; Topology Optimization of Continuum Structures with Local Stress Constraints, Int. J. Numer. Meth. Engng., vol. 43, pp. 1453-1478, 1998.

Revista Brasileira de Inovação Tecnológica em Saúde, On-Line, Desde 2010. 25

E. G. BIRGIN and J. M. MARTÍNEZ; Large-scale active-set box-constrained optimization method with spectral projected gradients, Computational Optimization and Applications 23, pp. 101-125, 2002.

KOHN R. V., STRANG. G.; Optimal design and relaxation of variational problem, Comm. Pure. Appl. Math., 39, p. 1-25, 139-82, 353-77, 1986.

PETERSSON J.; Sigmund O. Slope constrained topology optimization, Int. J. Numer. Meth. Engng., v. 41(8), 1417-34, 1998.

Publicado
06-02-2014
Como Citar
Coutinho, K. D., Costa Júnior, J. C. A., Alves, M. K., Guerra Neto, C. L. B., & Wanderley, C. D. V. (2014). OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA 3D SOB RESTRIÇÃO DE TENSÃO. Revista Brasileira De Inovação Tecnológica Em Saúde - ISSN:2236-1103, 3(4). https://doi.org/10.18816/r-bits.v3i4.4919
Seção
Artigos Originais