Otimização toplógica para manufatura aditiva

Resumo

O objetivo deste projeto de pesquisa é apresentar e desenvolver um novo arcabouço teórico e computacional para otimização topológica (TO) de componentes mecânicos produzidos por fabricação aditiva (AM). A característica essencial da formulação padrão em TO é que esse processo de fabricação que é realizado camada por camada seja incluído como uma série de problemas de estado em adição ao problema de estado do produto final. Uma formulação ideal do problema matemático - o problema modelo - já é conceitualmente bem estabelecido para este tipo de aplicação. Incluem a otimização da forma e da topologia, bem como o processo de manufatura camada por camada. Uma abordagem multifísica envolvendo temperatura, deslocamento e escoamento de fluido tanto no componente final quanto nos componentes parcialmente fabricados é o objetivo principal do projeto. Além disso a estrutura geral do simulador deve ser especializada para incluir alguns novos casos, particularmente para o resfriamento ótimo de estruturas e suporte de carga envolvendo tensões residuais. O primeiro envolverá considerações de integridade de estruturas parcialmente construídas, que em uma formulação menos detalhada implicar estrições de saliência. Esta última envolve modelar tensões residuais através do método de tensões inerentes e de uma formulação robusta orientada para o pior caso. Essas duas especializações são inspiradas por trabalhos recentes em TO para AM em projetos de pesquisa relacionados à indústria. As inomogeneidades e anisotropia do material induzida por AM serão consideradas, introduzindo a possibilidade de não só otimizar a forma geométrica, mas também utilizar AM para construir a estratégia e estrutura de suporte ao projeto. A complexidade computacional envolvida em multi-física e no problema multiestado em TO também implica considerações especiais relacionados à eficiência computacional usando possivelmente computação de alto desempenho. Projetos simples devem ser impressos em 3D para visualização e verificação experimental de desempenho.