Maximização de frequências naturais e da separação de frequências de estruturas contínuas por um método de otimização topológica evolucionária

• Processo: 19/05393-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Renato Pavanello
• Beneficiário: Heitor Nigro Lopes
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/00010-5 - Otimização topológica de sistemas acústico-estrutura em domínio de alta frequência, BE.EP.DD
• Assunto(s): Otimização estrutural Otimização topológica Impressão tridimensional Banda proibida
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: band gap | Beso | Natural frequency | Topology Optimization | Otimização estrutural

Resumo

Para evitar problemas de ressonância em estruturas, é desejável modificar suas frequências naturais, normalmente as distanciando de um intervalo de frequências de operação. Desta forma, métodos de otimização podem ser usados para obter geometrias que maximizam uma ou múltiplas frequências naturais, ou que maximizem a distância entre duas consecutivas. Neste projeto, um método de otimização topológica é utilizado para maximizar um dado autovalor ou uma dada separação de autovalores, considerando estruturas lineares elásticas bi ou tridimensionais. Também será feita uma análise da propagação de ondas elásticas, para detectar band gaps na topologia final. O BESO (Bidirectional Evolutionary Structural Optimization) é escolhido para tal objetivo, que é um método discreto baseado na análise de sensibilidade. Estratégias numéricas serão estudadas para controlar os problemas de cruzamento de modos e de modos repetidos. Além disso, um método baseado na otimização multi-objetivo e em métodos de penalidade será estudado, implementado e testado para controlar esses problemas em frequências altas. O método multi-objetivo proposto é baseado em média ponderada, na qual frequências são somadas a função objetivo. Em muitos casos, topologias periódicas são encontradas, logo, um método com restrições de periodicidade ou uma técnica de homogenização assintótica combinado com a metodologia de controle de cruzamento de modos para altas frequências será desenvolvido. Nesse contexto, um problema de otimização topológica na micro e macroescala será estudado. Finalmente, o método será expandido para o problema de interação acústico-estrutura, expandindo este para otimização em altas frequências. Estes problemas serão resolvidos considerando duas fases de materiais sólidos: ou vazio e sólido ou dois materiais distintos. As estruturas obtidas serão fabricadas por manufatura aditiva pela impressão 3D. Uma análise modal experimental para materiais de baixa densidade e de pequeno porte será efetuada em colaboração com os laboratórios de INSA de Lyon, para checar a validade dos métodos implementados. (AU)

Publicações científicas

(5)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

PEREIRA, RODRIGO L.; LOPES, HEITOR N.; MOURA, MARCIO S.; PAVANELLO, RENATO. Multi-domain acoustic topology optimization based on the BESO approach: applications on the design of multi-phase material mufflers. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 66, n. 1, p. 22-pg., 2023-01-01. (19/05393-7, 13/08293-7)

PEREIRA, RODRIGO L.; LOPES, HEITOR N.; PAVANELLO, RENATO. p Topology optimization of acoustic systems with a multiconstrained BESO approach. FINITE ELEMENTS IN ANALYSIS AND DESIGN, v. 201, APR 1 2022. (13/08293-7, 19/05393-7)

CUNHA, DANIEL CANDELORO; DE ALMEIDA, BRENO VINCENZO; LOPES, HEITOR NIGRO; PAVANELLO, RENATO. Finite variation sensitivity analysis for discrete topology optimization of continuum structures. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 64, n. 6, OCT 2021. (13/08293-7, 19/05393-7, 19/19237-7, 20/07391-9)

LOPES, HEITOR NIGRO; CUNHA, DANIEL CANDELORO; PAVANELLO, RENATO; MAHFOUD, JARIR. Numerical and experimental investigation on topology optimization of an elongated dynamic system. MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, v. 165, FEB 15 2022. (19/05393-7, 19/19237-7, 13/08293-7)

LOPES, HEITOR NIGRO; MAHFOUD, JARIR; PAVANELLO, RENATO. High natural frequency gap topology optimization of bi-material elastic structures and band gap analysis. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 63, n. 5, JAN 2021. (19/05393-7, 13/08293-7)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

LOPES, Heitor Nigro. High-frequency vibroacoustic topology optimization considering natural frequency separation and sound insulation. 2024. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica Campinas, SP.