Otimização ao impacto de estruturas do tipo honeycomb via funções de base radial

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Rodrigues, Matheus Toneli
• Orientador(a): Luersen, Marco Antônio
• Banca de defesa: Luersen, Marco Antônio, Alves, Marcilio, Muñoz-Rojas, Pablo Andres
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Otimização estrutural; Deformações (Mecânica); Veículos - Medidas de segurança; Placas metálicas - Testes de impacto; Métodos de simulação; Engenharia mecânica; Structural optimization; Deformations (Mechanics); Vehicles - Safety measures; Plates, Iron and steel - Impact testing; Simulation methods; Mechanical engineering
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4157

O desenvolvimento de estruturas que possuem elevada capacidade de absorver energia tornou-se um tópico importante no setor automobilístico devido à crescente preocupação com segurança veicular. Contudo, a utilização de absorvedores de impacto não pode promover um aumento significativo no peso total do veículo, visto que altos padrões de eficiência energética precisam ser atendidos. Nesse contexto, este trabalho propõe um método de otimização de estruturas honeycombs submetidas a cargas de impacto no sentido transversal. Honeycombs são materiais celulares, conhecidos por sua excelente capacidade de absorver energia e baixo peso. Devido ao alto custo computacional de simulações de impacto, o método proposto faz uso de técnicas de metamodelagem para aproximar a resposta de um modelo detalhado de elementos finitos construído no pacote comercial ABAQUS. Na busca da configuração ótima do honeycomb, o metamodelo é sequencialmente refinado com novos resultados de simulações (pontos de preenchimento), utilizando dois critérios: minimização do preditor do metamodelo e maximização da melhoria esperada (EI). Historicamente, o critério EI foi desenvolvido para ser utilizado com o metamodelo Kriging, porém, essa técnica foi adaptada neste trabalho para ser com funções de base radial (RBF). Tamanho da célula do honeycomb, espessura das paredes e um parâmetro associado com o formato da célula são as variáveis de projeto. Os resultados do processo de otimização demonstram uma melhoria significativa em termos de energia específica absorvida comparada ao projeto inicial, enquanto que os valores de força máxima são mantidos em níveis baixos. Além disso, o formato de célula hexagonal indica possuir um desempenho superior, no sentido transversal, aos formatos do tipo auxético reentrante e retangular. Em termos do método proposto, o algoritmo utilizado resolveu de maneira satisfatória diferentes problemas de otimização mono-objetivo, a partir de um reduzido número de simulações do modelo de elementos finitos. Isso demonstra a pontos de preenchimento em problemas computacionalmente caros, como aqueles que envolvem impacto. Por último, é realizada uma otimização multiobjetivo utilizando somente o preditor do metamodelo RBF (sem refinamento sequencial) a fim de obter soluções que simultaneamente maximizem a energia específica absorvida e minimizem a força máxima.