Minimização de Compliance em Sistemas Estruturais Multicomponentes 3D Através da Otimização Topológica Utilizando Softwares Open-Source

Abstract

Pesquisas que desenvolvem projetos numéricos sobre a otimização topológica estrutural, em sua maioria, consideram o domínio estrutural dos modelos estudados com somente um único domínio, ou componente único. Porém observa-se na prática da engenharia que as estruturas reais têm geometrias complexas e geralmente são formadas por vários componentes, ou seja, são multicomponentes. Outro fato observado é que muitas estruturas e máquinas, como, braços robóticos, automóveis, aeronaves, bases de equipamentos mecânicos/elétricos, etc., tem muita influência dos efeitos dinâmicos causados em seus componentes através de carregamentos externos. Assim, nesse trabalho propomos um estudo sobre projetos estruturais com sistemas multicomponentes tridimensionais (3D) com carregamento estático ou dinâmico, realizando uma avaliação da minimização da compliance estrutural, considerando o carregamento estático ou no domínio da frequência. Todo o processo da implantação numérica é feito e demonstrado através da utilização de softwares open-source, desde a modelagem com carregamento estático, criação das malhas dos modelos de geometrias simples e modelos multicomponentes, até a fase da inserção do carregamento dinâmico. A implementação proposta da otimização topológica estrutural em sistemas multicomponentes, envolve quatro passos principais: geração de malha multicomponente, análise estática/dinâmica numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos, análise de sensibilidade por um método adjunto e por fim um solver de otimização. O método de otimização topológica utilizado é baseado na interpolação SIMP - Solid Isotropic Material with Penalization. Os problemas considerados são da minimização da Compliance estática e dinâmica, considerando em todos os casos, a maximização da rigidez das estruturas 3D considerando um esquema multicomponente.