Otimização topológica aplicada ao projeto de mecanismos flexíveis 3D com múltiplos materiais

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Reis, Marcos Antônio Silva dos
• Orientador(a): Lima, Cícero Ribeiro de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do ABC
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=111430&midiaext=76689; http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=111430&midiaext=76689/index.php?codigo_sophia=111430&midiaext=76688

Os mecanismos flexíveis podem ser definidos como uma nova classe de mecanismos onde a transmissão de força e movimento ocorre devido à deformação de seu próprio corpo. O Método de Otimização Topológica (MOT) é uma metodologia que tem sido estudada há décadas para que se possa extrair a melhor distribuição de material em um determinado domínio considerando a redução de massa e outras restrições e tem grande potencial para gerar mecanismos flexíveis. Entre os modelos de material disponíveis para o MOT, o SIMP (Solid Isotropic Material With Penalition) vem ganhando popularidade devido à sua relativa simplicidade de implementação computacional. Na maioria dos estudos publicados nessa área, o domínio 2D é amplamente adotado devido ao baixo tempo de simulação e menor necessidade de hardware com maior processamento. No entanto, a modelagem no plano (2D) nem sempre permite uma análise real do comportamento do mecanismo. Assim, é razoável considerar o uso de simulações numéricas de modelos tridimensionais (3D) para prever o comportamento desses mecanismos. Este trabalho analisou o potencial de compartilhamento de processamento entre ANSYS® e MATLAB®, aplicando-os em simulações computacionais envolvendo mecanismos flexíveis 3D. O programa implementado é baseado na rotina educacional desenvolvida por LIU e TOVAR (2013), com algumas modificações para usar o solver do ANSYS® a fim de calcular o campo de deslocamento da estrutura a cada iteração. A rotina de otimização topológica implementada nesta dissertação é escrita em MATLAB® e utiliza o otimizador MMA. A comunicação entre os softwares foi realizada por meio de arquivos de texto, onde o ANSYS® é acionado sem utilização da interface gráfica, via comandos batch escritos em linguagem APDL (ANSYS® Parametric Design Language). Com a rotina implementada, mecanismos flexíveis 3D com um e dois materiais são projetados sistematicamente. Um modelo computacional de um mecanismo flexível 3D com malha de um milhão de elementos foi desenvolvido e executado, confirmando o potencial da integração entre os softwares para trabalhar com grande quantidade de elementos. Os resultados da adição de um segundo material no mecanismo flexível apontam para um aumento de desempenho do dispositivo.