Methodology for designing lightweight auxetic sandwich panels for impact applications (2024)
- Authors:
- Autor USP: COSTA, EDINILSON ALVES - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: OTIMIZAÇÃO NÃO LINEAR; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS; ALGORITMOS GENÉTICOS; REDES NEURAIS; MATERIAIS COMPÓSITOS
- Language: Inglês
- Abstract: Auxéticos são uma classe de materiais com Poisson negativo, o que significa que se expandem lateralmente quando tracionados e encolhem lateralmente quando comprimidos. Somado a esse comportamento exótico (ou devido a ele), os materiais auxéticos também apresentam outras propriedades interessantes, como maior absorção de energia e vibração, resistência à indentação e menor propagação de trincas por fadiga. Este fato tornou os auxéticos um campo prolífico de pesquisa, desde a busca de estruturas auxéticas novas e otimizadas até a proposta de novas aplicações. Este trabalho propõe uma metodologia para projetar estruturas auxéticas leves de alta capacidade de absorção de energia para aplicações de impacto. O método é baseado em um esquema de otimização cuja função é um modelo parametrizado de elementos finitos de uma estrutura auxética 3D, e o objetivo é alcançar a maior absorção de energia com o menor peso possível para condições de impacto de baixa a alta velocidade. Os pontos de amostragem são definidos usando técnicas de projeto de experimentos (do inglês, DOE, Design of Experiments) de preenchimento de espaço uniforme, e um script escrito em linguagem Phyton constrói automaticamente as geometrias de avaliação e preenche o deck de entrada para as análises de elementos finitos. Devido ao elevado custo computacional necessário para resolver explicitamente os modelos altamente não lineares uma estratégia de metamodelagem é adotada em vez de otimização direta. O desempenho de diferentes modelos substitutos é calculado e o modelo melhor classificado é usado para a tarefa de otimização. A otimização é realizada com o auxílio de um algoritmo genético acoplado a um software integrador. Dois estudos de caso envolvendo impactos em baixa e alta velocidade e duas diferentes arquiteturas de células auxéticas são utilizados para demonstrar a aplicabilidade e eficácia da metodologia proposta.
- Imprenta:
- Data da defesa: 22.04.2024
-
ABNT
COSTA, Edinilson Alves. Methodology for designing lightweight auxetic sandwich panels for impact applications. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-26032026-075305/pt-br.php. Acesso em: 12 abr. 2026. -
APA
Costa, E. A. (2024). Methodology for designing lightweight auxetic sandwich panels for impact applications (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-26032026-075305/pt-br.php -
NLM
Costa EA. Methodology for designing lightweight auxetic sandwich panels for impact applications [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 12 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-26032026-075305/pt-br.php -
Vancouver
Costa EA. Methodology for designing lightweight auxetic sandwich panels for impact applications [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 12 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-26032026-075305/pt-br.php
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