Detalhes bibliográficos
| Ano de defesa: |
2024 |
| Autor(a) principal: |
GOMES, Rafael Augusto
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| Orientador(a): |
GOMES, Guilherme Ferreira
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| Banca de defesa: |
Não Informado pela instituição |
| Tipo de documento: |
Dissertação
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| Tipo de acesso: |
Acesso aberto |
| Idioma: |
eng |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Itajubá
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
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| Departamento: |
IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
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| País: |
Brasil
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| Palavras-chave em Português: |
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| Área do conhecimento CNPq: |
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| Link de acesso: |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4101
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Resumo: |
Materiais e estruturas auxéticas têm atraído atenção devido às suas propriedades mecânicas, notadamente sua alta capacidade de absorver energia. Alguns tipos de estruturas tubulares auxéticas têm sido estudados e projetados para aplicação em diversos campos da engenharia, como engenharia mecânica, aeroespacial e médica. No presente estudo, inspirado pela forma da asa da libélula, uma nova célula unitária auxética foi desenvolvida e aplicada em uma estrutura tubular com o objetivo de propor uma nova estrutura com menor concentração de tensões e, consequentemente, maior absorção de energia. As células unitárias em forma de asa de libélula (DFW) foram integradas em uma estrutura tubular, e amostras experimentais foram produzidas utilizando um processo de manufatura aditiva. Para validar a capacidade de absorção de energia da nova célula unitária, foi feita uma comparação com a estrutura tubular auxética reentrante clássica usando dois parâmetros diferentes: peso e número de células unitárias, que foram desenvolvidas em duas diferentes estruturas DFW. Os resultados dos testes de compressão mostraram que a forma inspirada na asa da libélula, em ambas as configurações propostas, demonstrou excelente absorção de energia em comparação com a estrutura reentrante clássica. Especificamente, a estrutura com a mesma quantidade de células unitárias e a estrutura com o mesmo peso absorveram 163% e 79% mais energia, respectivamente. Subsequentemente, foi conduzido um processo de otimização para aprimorar as propriedades mecânicas da estrutura. Um framework de otimização foi implementado para minimizar simultaneamente três objetivos estruturais críticos: razão de Poisson, massa e tensões. Simulações numéricas facilitaram a metamodelagem via o método de superfície de resposta, criando modelos substitutos que representam com precisão cada variável de resposta. Uma técnica de otimização metaheurística, o Algoritmo Genético de Ordenação Não-dominada (NSGA-II), foi então empregada para otimizar essas respostas para desempenho em compressão. A validação experimental corroborou os achados numéricos, com duas configurações otimizadas propostas. O primeiro design (TOPSIS 1) apresentou reduções na razão de Poisson de até 3% e nas tensões de 45%, enquanto o segundo design (TOPSIS 2) demonstrou uma redução nas tensões de 537%. Adicionalmente, a validação experimental revelou melhorias significativas nas capacidades de absorção de energia, com TOPSIS 1 e TOPSIS 2 aumentando a absorção de energia em 58% e 545%, respectivamente, em comparação com a estrutura de referência. O presente estudo apresenta o potencial significativo das estruturas auxéticas bio-inspiradas para aplicações de alta complexidade que exigem alta capacidade de absorção de energia. |
