Desenvolvimento de modelos numéricos para análises de otimização topológica probabilística utilizando o método dos elementos de contorno

Resumo

Neste projeto de pesquisa pretende-se acoplar algoritmos de confiabilidade e otimização topológica à modelos mecânicos baseados no método dos elementos de contorno (MEC). Tradicionalmente, a concepção das estruturas limita-se ao estudo do custo da manufatura, sem levar em consideração seu nível de segurança efetivo. Este método prova-se insuficiente em diversas situações, já que em muitas delas o aumento da taxa de falha pode gerar perdas superiores às economias esperadas. Uma metodologia mais racional consiste em considerar o custo da manufatura com base na probabilidade da ocorrência de um dado cenário de falha. Neste contexto, pretende-se desenvolver, neste projeto, modelos numéricos baseados no acoplamento entre modelos mecânicos e de confiabilidade para a análise de estruturas, onde os cenários de falha sejam identificados por meio das equações algébricas do MEC. Esses modelos fornecerão a probabilidade da falha estrutural e os valores mais prováveis das variáveis aleatórias consideradas na análise. Estruturas compostas por materiais frágeis e quase frágeis expostas a fissuras inicialmente distribuídas em seu interior serão consideradas. Sobre esses modelos numéricos, será ainda acoplado um algoritmo de otimização topológica para a determinação da geometria estrutural que conduz ao mínimo consumo de material. Neste último modelo, os algoritmos de confiabilidade serão utilizados para a determinação de condições de restrição, baseadas em segurança, para a análise da otimização topológica. Como resultado, será obtida uma geometria estrutural que conduz ao mínimo consumo de material, levando-se em consideração a presença de danos mecânicos iniciais e um nível de segurança desejado. Espera-se, como resultado deste projeto, desenvolver formulações numéricas que contribuam com este importante domínio científico, sendo a geração de ferramentas numéricas aplicáveis na indústria um dos propósitos. (AU)