Evolutionary topology optimization of fluid-structure interaction problems

Autor(es)

Renato Picelli Sanches

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2015-10-19

Membros da banca

Renato Pavanello; José Roberto de França Arruda; Marco Lúcio Bittencourt; Emilio Carlos Nelli Silva; Eduardo Alberto Fancello

• Orientador: Renato Pavanello

Resumo

O objetivo desta tese é o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para projeto de estruturas considerando interação fluido-estrutura usando otimização topológica. Uma metodologia de otimização estrutural topológica é proposta associada à formulações de elementos finitos em problemas fluido-estrutura acoplados. Nesses tipos de problemas a estrutura sofre carregamentos advindos do meio fluido, ou seja, pressão e/ou forças viscosas. As dificuldades em se projetar estruturas sob carregamentos de fluidos surgem devido à variação da localização, direção e magnitude dos carregamentos quando a forma e topologia da estrutura são alteradas durante a otimização. Isso se torna o principal desafio para os métodos tradicionais baseados na interpolação da densidade do material. Nesses métodos, as superfícies em contato com o fluido não são definidas explicitamente devido à existência de elementos estruturais de densidade intermediária. Neste trabalho é proposta uma metodologia alternativa para esse tipo de carregamento dependente da topologia. Com a extensão do método de otimização estrutural evolucionária bidirecional (BESO) associada à formulações fluido-estrutura acopladas, pressões e forças viscosas podem ser modeladas diretamente para qualquer topologia estrutural devido à natureza discreta dos métodos evolucionários. Assim, o problema é resolvido sem a necessidade de parametrização das superfícies de carregamentos de pressão. A metodologia BESO é estendida considerando os procedimentos de alteração entre elementos fluido-estrutura-vazios, novas análises de sensibilidade e restrições. Problemas em estado estacionário são considerados, incluindo elasticidade linear para a análise estrutural e as equações de Laplace, Helmholtz e escoamento incompressível de Navier-Stokes para a análise do fluido. Carregamentos constantes e não constantes são modelados. Diversos exemplos e aplicações são explorados com a metodologia proposta (AU)

• Processo FAPESP: 11/09730-6 - Otimização Estrutural Evolucionária em Problemas de Interação Fluido-Estrutura
• Beneficiário: Renato Picelli Sanches
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado