Otimização topológica 3D para múltiplos casos de carregamentos

Abstract

A otimização topológica busca determinar a distribuição ideal de material dentro de um domínio de projeto (2D/3D), de modo a otimizar o desempenho estrutural seguindo restrições de projeto impostas. Essa distribuição de material pode variar continuamente, resultando em formas complexas, mais leves que a estrutura original e que aproveitam melhor as resistências dos materiais. A incorporação de múltiplos carregamentos na otimização topológica aumenta a complexidade do problema, pois exige considerações simultâneas de diferentes tipos de cargas e suas interações com a estrutura em problemas que possuem diversos graus de liberdade. Isso pode incluir a análise de combinações de cargas devido ao peso próprio, outras combinações de carregamentos ou mesmo cargas dinâmicas e térmicas. Este trabalho desenvolveu e implementou um modelo de otimização topológica 3D estrutural que leva em conta estes múltiplos carregamentos em linguagem MATLAB. São apresentados exemplos práticos de casos de otimização considerando múltiplos carregamentos assim como comparações com resultados já existentes na literatura para demonstrar a acurácia do algoritmo proposto. Os resultados demonstram uma topologia final diferente ao considerar os carregamentos independentes ou simultâneos

Topological optimization seeks to determine the optimal distribution of material within a design domain (2D/3D) in order to optimize structural performance following imposed design constraints. This material distribution can vary continuously, resulting in complex shapes that are lighter than the original structure and take better advantage of the strengths of the materials. The incorporation of multiple loads in topological optimization increases the complexity of the problem, as it requires simultaneous considerations of different types of loads and their interactions with the structure in problems that have different degrees of freedom. This can include analyzing load combinations due to self-weight, other load combinations, or even dynamic and thermal loads. This work developed and implemented a structural 3D topological optimization model that takes into account these multiple loads in MATLAB language. Practical examples of optimization cases considering multiple loads are presented, as well as comparisons with results already existing in the literature to demonstrate the accuracy of the proposed algorithm. The results demonstrate a different final topology when considering independent or concurrent loads