Topology optimization for stability problems of submerged structures using the TOBS method (2021)
- Authors:
- Autor USP: MENDES, EDUARDO AGUIAR - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PME
- Subjects: TOPOLOGIA; FLAMBAGEM
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A otimização estrutural topológica tem se difundido cada vez mais nos meios acadêmico e industrial em função de sua maior liberdade de projeto e a disponibilidade crescente de poder computacional. Típicos problemas de Otimização Topológica (OT) buscam a maximização da rigidez de estruturas com restrição de volume por meio de métodos baseados em densidades, podendo gerar soluções com desempenho insatisfatório de estabilidade, como, por exemplo, estruturas propensas à flambagem. Uma alternativa válida propõe implementar o parâmetro de flambagem no problema de otimização como restrição, obtendo soluções finais que já satisfazem esse critério. Nesse contexto, os métodos binários - que geram apenas designs com sólidos 1 e vazios 0 - se inserem como uma abordagem eficiente na solução de problemas de otimização, em especial os multifísicos, cuja precisa definição de fronteira estrutural é essencial. Uma aplicação desafiadora para problemas de OT que se beneficia dessa classe de método são as estruturas submersas, como os componentes da indústria offshore, sujeitos a cargas dependentes do design e que podem apresentar problemas de estabilidade. Esse tipo de carregamento impõe uma mudança constante do local, direção e magnitude do carregamento do fluido, o que não é tido como trivial em procedimentos de otimização. Nesse cenário, o objetivo desse trabalho é investigar a natureza binária do método TOBS por meio da solução de problemas de otimização topológica que consideram restrições de flambagem e cargas dependentes do design, características de sistemas estruturais submersos. O problema de otimização topológica proposto ainda não foi explorado na literatura. A implementação de flambagem linear foi verificada por meio de métodos analíticos, e um problema de otimização com restrição de flambagem de referência foi resolvido paragarantia de sua eficiência. Exemplos numéricos de estruturas sob carregamento de pressão foram otimizados e investigados quanto `a influência do parâmetro de estabilidade quando comparados às soluções clássicas de minimização de compliance. Discussões sobre os problemas comuns associados à equação de autovalor e autovetor que rege o fenômeno de flambagem linear, bem como os parâmetros adotados no método do TOBS, foram apresentadas. A configuração binária proposta demonstrou resultados promissores ao obter soluções finais com melhoria significativa na resistência `a flambagem e mínima perda de rigidez. Estudos de tempo computacional mostraram que as sensibilidades de flambagem são o gargalo do processo de otimização e, portanto, técnicas alternativas para lidar com esse parâmetro devem ser investigadas.
- Imprenta:
- Data da defesa: 17.11.2021
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ABNT
MENDES, Eduardo Aguiar. Topology optimization for stability problems of submerged structures using the TOBS method. 2021. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22022022-114244/. Acesso em: 03 ago. 2024. -
APA
Mendes, E. A. (2021). Topology optimization for stability problems of submerged structures using the TOBS method (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22022022-114244/ -
NLM
Mendes EA. Topology optimization for stability problems of submerged structures using the TOBS method [Internet]. 2021 ;[citado 2024 ago. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22022022-114244/ -
Vancouver
Mendes EA. Topology optimization for stability problems of submerged structures using the TOBS method [Internet]. 2021 ;[citado 2024 ago. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22022022-114244/
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