Otimização toplógica para manufatura aditiva

• Processo: 20/14288-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2021
• Data de Término da vigência: 28 de janeiro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Matemática - Matemática Aplicada
• Pesquisador responsável: Maicon Ribeiro Correa
• Beneficiário: Geovane Augusto Haveroth
• Instituição Sede: Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica (IMECC). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07375-0 - CeMEAI - Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/00822-2 - Otimização topológica multimaterial para manufatura aditiva, BE.EP.PD
• Assunto(s): Impressão tridimensional Anisotropia Fluxo dos fluidos Otimização topológica Simulação por computador
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Electron Beam Melting | Shape Optimation | Topology Optimization | Engenharia de manufatura

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.

Publicações científicas

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(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)

HAVEROTH, G. A.; THORE, C-J; CORREA, M. R.; AUSAS, R. F.; JAKOBSSON, S.; CUMINATO, J. A.; KLARBRING, A.. Topology optimization including a model of the layer-by-layer additive manufacturing process. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 398, p. 26-pg., 2022-08-01. (20/14288-0, 13/07375-0)

DA COSTA-HAVEROTH, T. C.; HAVEROTH, G. A.; KUHL, A.; BOLDRINI, J. L.; BITTENCOURT, M. L.; SASSE, F. D.; POLAK, M. A.; MUNOZ-ROJAS, P. A.. Aspects on viscoelasticity modeling of HDPE using fractional derivatives: Interpolation procedures and efficient numerical scheme. MECHANICS OF ADVANCED MATERIALS AND STRUCTURES, MAY 2021. (15/20188-0, 20/14288-0)

DA COSTA-HAVEROTH, T. C.; HAVEROTH, G. A.; KUHL, A.; BOLDRINI, J. L.; BITTENCOURT, M. L.; SASSE, F. D.; POLAK, M. A.; MUNOZ-ROJAS, P. A.. Aspects on viscoelasticity modeling of HDPE using fractional derivatives: Interpolation procedures and efficient numerical scheme. MECHANICS OF ADVANCED MATERIALS AND STRUCTURES, v. N/A, p. 16-pg., 2021-05-20. (15/20188-0, 20/14288-0)

HAVEROTH, GEOVANE AUGUSTO; THORE, CARL -JOHAN; AUSAS, ROBERTO FEDERICO; JAKOBSSON, STEFAN; CUMINATO, JOSE ALBERTO; CORREA, MAICON RIBEIRO. A thermal model for topology optimization in additive manufacturing: Design of support structures and geometry orientation. COMPUTERS & STRUCTURES, v. 301, p. 16-pg., 2024-06-18. (20/14288-0, 13/07375-0, 23/00822-2)