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

Processo: 19/05393-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de maio de 2019
Vigência (Término): 30 de abril de 2020
Área do 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
Assunto(s):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)