Obtenção de Estruturas Arbóreas através do Método da Otimização Topológica

• Processo: 23/07769-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Acordo de Cooperação: BG E&P Brasil (Grupo Shell)
• Pesquisador responsável: Emílio Carlos Nelli Silva
• Beneficiário: Luís Otávio Trotti Martins Guedes de Souza
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP)
• Vinculado ao auxílio: 20/15230-5 - Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa - RCG2I, AP.PCPE
• Assunto(s): Otimização topológica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Estruturas Arbóreas | otimização topológica | Otimização Topológica de Estruturas

Resumo

Árvores tem sua estrutura otimizada pela seleção natural, e processos como podagem inapropriada desfazem essa otimização, contribuindo para eventuais quedas. Os custos devido às frequentes quedas de árvores em São Paulo, e a ausência de ferramentas de estudo para contornar este problema, devido a falta de fidelidade física dos modelos para geração de estruturas arbóreas disponíveis na atualidade, indicam a necessidade de um novo meio para a obtenção de estruturas de árvores digitalmente. Isto pode ser feito com a Otimização Topológica, uma metodologia capaz de otimizar a distribuição espacial de material em um domínio para um determinado objetivo. Por meio da aplicação da otimização topológica, é possível criar algoritmos que obtenham estruturas arbóreas tanto através da formulação elástica do problema de otimização, que representa carregamentos vetoriais na árvore como ventos ou o peso de frutos, quanto através da formulação de difusão do problema de otimização, que representa a difusão e transporte de material no interior da árvore. Portanto, o objetivo deste trabalho é implementar, através da plataforma FEniCS, juntamente às bibliotecas Dolfin-Adjoint e IPOPT, um algoritmo capaz de utilizar a otimização topológica para obter estruturas arbóreas que sejam o mais próximo possível da realidade e, consequentemente, permitir um estudo mais aprofundado de árvores do ponto de vista estrutural e físico, com o potencial de oferecer soluções ao problema de quedas de árvores. Este estudo será fundamentado no Método dos Elementos Finitos para a implementação de soluções numéricas e no modelo de material SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) para a realização da otimização. O aluno, que possui experiência prévia com o FEniCS, irá realizar este projeto seguindo os passos estabelecidos no Plano de Trabalho, no tempo estimado do Cronograma.