Title

OTIMIZAçãO TOPOLóGICA APLICADA A ESTRUTURAS CIRCULARES

Topological Optimization Applied to Circular Structures

Authorship

CHACUR, MARCELO BOTELHO

CHACUR, MARCELO BOTELHO

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DOI

10.5151/2594-5327-42123

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Abstract

O objetivo deste trabalho é estudar estruturas ótimas utilizando otimização topológica baseada em densidade através do SIMP (Material Isotrópico Sólido com Penalização). A otimização topológica é um método computacional utilizado na fase de projeto para distribuir material de forma eficiente dentro de um domínio, maximizando o desempenho de uma propriedade específica enquanto minimiza outra — no caso de estruturas, tipicamente o peso. A fração de volume é uma restrição fundamental na otimização estrutural, pois define a quantidade máxima de material que pode ser removida. O método matemático mais utilizado para resolver o problema é o Método dos Elementos Finitos de Galerkin (FEM). Filtros são aplicados nos métodos numéricos para evitar o surgimento de padrões de tabuleiros de xadrez. O algoritmo de otimização utilizado foi o Método dos Assíntotas Móveis, O estudo de geometrias circulares ótimas possui múltiplas aplicações, como nas rodas caçamba de máquinas de pátios de estocagem de minério de ferro. Este trabalho tem como objetivo investigar geometrias circulares 2D ótimas submetidas a carregamentos distribuídos tangenciais e radiais, bem como suas combinações.

THE OBJECTIVE OF THIS WORK IS TO STUDY OPTIMAL STRUCTURES USING DENSITY-BASED TOPOLOGY OPTIMIZATION THROUGH THE SIMP METHOD (SOLID ISOTROPIC MATERIAL WITH PENALIZATION). TOPOLOGY OPTIMIZATION IS A COMPUTATIONAL METHOD USED IN THE DESIGN PHASE TO EFFICIENTLY DISTRIBUTE MATERIAL WITHIN A DOMAIN, MAXIMIZING THE PERFORMANCE OF A SPECIFIC PROPERTY WHILE MINIMIZING ANOTHER — IN THE CASE OF STRUCTURES, TYPICALLY WEIGHT. VOLUME FRACTION IS A FUNDAMENTAL CONSTRAINT IN STRUCTURAL OPTIMIZATION, AS IT DEFINES THE MAXIMUM AMOUNT OF MATERIAL THAT CAN BE REMOVED. THE MOST COMMONLY USED MATHEMATICAL METHOD TO SOLVE THIS TYPE OF PROBLEM IS THE GALERKIN FINITE ELEMENT METHOD (FEM). FILTERS ARE APPLIED IN NUMERICAL METHODS TO PREVENT THE APPEARANCE OF CHECKERBOARD PATTERNS. THE OPTIMIZATION ALGORITHM USED WAS THE METHOD OF MOVING ASYMPTOTES (MMA). THE STUDY OF OPTIMAL CIRCULAR GEOMETRIES HAS MULTIPLE APPLICATIONS, SUCH AS IN THE BUCKET WHEELS OF STOCKYARD MACHINES FOR IRON ORE STORAGE. THIS WORK AIMS TO INVESTIGATE OPTIMAL 2D CIRCULAR GEOMETRIES SUBJECTED TO TANGENTIAL AND RADIAL DISTRIBUTED LOADS, AS WELL AS THEIR COMBINATIONS.

Keywords

Otimização Topológica, Método dos Elementos Finitos, Rodas de Caçambas, Estruturas Circulares.

Topology Optimization, Finite Element Model, Bucket Wheels, Circular Structures