Publicação
Estudo numérico de estruturas celulares com geometria adaptada
| Resumo: | O estudo numérico apresentado nesta Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica tem como objetivo o desenvolvimento e estudo do comportamento de geometrias de estruturas celulares, através de um algoritmo de otimização e de uma análise elasto-plástica estrutural. Desta forma, apresenta-se inicialmente o estado de arte no sentido de compreender o que é uma estrutura celular, a sua história e como se determinam importantes propriedades mecânicas como o módulo de elasticidade e a densidade relativa. No final deste capítulo faz-se ainda uma análise a estudos mais recentes sobre esta matéria. No capítulo seguinte analisa-se a componente teórica deste estudo, iniciando por conceitos mecânicos como a rigidez, energia de deformação e critérios de cedência relevantes. Ainda neste capítulo, estuda-se a parte computacional da análise, nomeadamente o Método dos Elementos Finitos (MEF) e a Otimização Topológica (OT), sendo que nesta última consideram-se os métodos e filtros utilizados no algoritmo. Em relação ao estudo numérico, capítulo 4, começa-se por explicar o procedimento adotado durante a análise numérica. De seguida, recorre-se à otimização topológica, através do módulo Structural Optimization do software ANSYS, para se desenvolverem novas geometrias das estruturas celulares. Deste modo, as mesmas geometrias são depois remodeladas, com a utilização do SOLIDWORKS. Com isto, faz-se uma análise estrutural elasto-plástica a cada uma das geometrias, utilizando o módulo Static Structural do ANSYS e adotando um modelo de encruamento bilinear. Por fim, neste capítulo, efetua-se uma comparação de resultados, estudando duas propriedades mecânicas relevantes neste tipo de estruturas, rigidez e energia de deformação específicas. O capítulo 5 é referente à análise de um componente final com a utilização de estruturas celulares. Para isto, desenvolveu-se um bracket onde se aplicou OT. Seguidamente, preencheu-se a versão otimizada com três modelos de estruturas celulares e fez-se uma comparação entre eles no estudo das propriedades referidas anteriormente. Finalmente, no capítulo 6, apresentam-se as conclusões finais desta dissertação, bem como as perspetivas e trabalhos futuros. |
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| Autores principais: | Carneiro, Diogo Manuel Figueiredo |
| Assunto: | Energia de deformação Estrutura celular Otimização topológica Rigidez RVE Cellular structure Stiffness Strain energy Topology optimization |
| Ano: | 2023 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O estudo numérico apresentado nesta Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica tem como objetivo o desenvolvimento e estudo do comportamento de geometrias de estruturas celulares, através de um algoritmo de otimização e de uma análise elasto-plástica estrutural. Desta forma, apresenta-se inicialmente o estado de arte no sentido de compreender o que é uma estrutura celular, a sua história e como se determinam importantes propriedades mecânicas como o módulo de elasticidade e a densidade relativa. No final deste capítulo faz-se ainda uma análise a estudos mais recentes sobre esta matéria. No capítulo seguinte analisa-se a componente teórica deste estudo, iniciando por conceitos mecânicos como a rigidez, energia de deformação e critérios de cedência relevantes. Ainda neste capítulo, estuda-se a parte computacional da análise, nomeadamente o Método dos Elementos Finitos (MEF) e a Otimização Topológica (OT), sendo que nesta última consideram-se os métodos e filtros utilizados no algoritmo. Em relação ao estudo numérico, capítulo 4, começa-se por explicar o procedimento adotado durante a análise numérica. De seguida, recorre-se à otimização topológica, através do módulo Structural Optimization do software ANSYS, para se desenvolverem novas geometrias das estruturas celulares. Deste modo, as mesmas geometrias são depois remodeladas, com a utilização do SOLIDWORKS. Com isto, faz-se uma análise estrutural elasto-plástica a cada uma das geometrias, utilizando o módulo Static Structural do ANSYS e adotando um modelo de encruamento bilinear. Por fim, neste capítulo, efetua-se uma comparação de resultados, estudando duas propriedades mecânicas relevantes neste tipo de estruturas, rigidez e energia de deformação específicas. O capítulo 5 é referente à análise de um componente final com a utilização de estruturas celulares. Para isto, desenvolveu-se um bracket onde se aplicou OT. Seguidamente, preencheu-se a versão otimizada com três modelos de estruturas celulares e fez-se uma comparação entre eles no estudo das propriedades referidas anteriormente. Finalmente, no capítulo 6, apresentam-se as conclusões finais desta dissertação, bem como as perspetivas e trabalhos futuros. |
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