Publicação

Otimização topológica de microvigas reticuladas fundidas

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Devido à constante necessidade de cada vez mais melhorar o comportamento mecânico e respostas estruturais, são requeridas e procuradas constantemente formas para melhorar as suas propriedades como resistência mecânica, rigidez, capacidade de absorção de energia e de amortecimento, sendo que estas propriedades podem atualmente ser adquiridas de diversas formas. Utilizar estruturas reticuladas é uma alternativa cada vez mais popular. Engenheiros de projeto aproveitam frequentemente estruturas lattice para componentes aeroespaciais ou automóveis, maquinaria industrial ou área biomédica, de forma a reduzir o peso das peças, mantendo a integridade estrutural e resistência necessária. As estruturas lattice 3D periódicas têm desta forma tido destaque, no entanto, outros tipos de sólidos celulares podem ser igualmente interessantes. Deste modo, o presente trabalho, propõe e apresenta uma forma de obter estruturas lattice, em concreto 2D não periódicas, com o intuito de produzir microvigas reticuladas (microlattice beams), não só para função estrutural, mas também para absorção de vibrações. O objetivo é deduzir formas reticuladas das microvigas por topologia, fazendo rotinas de otimização para a reduzir a massa e avaliar como varia a rigidez das estruturas aquando do processo de obtenção de estruturas reticuladas. Para tal, sugere-se o uso da ferramenta Topology Optimization do Ansys em dois modos, o Static Structural e o Modal, com o intuito de no final conseguir-se comparar os resultados das microvigas otimizadas em ambos os modos e ver quais as melhores formas, com mais rigidez e melhor relação de rigidez sobre a massa e qual o melhor método (estático ou modal). A partir dos resultados da otimização com restrição de fabricação, selecionou-se pelo estudo estático, a topologia da microviga com percentagem real de 44% e pelo estudo dinâmico a microviga com percentagem real de 68%. É proposto assim que estas microestruturas obtidas com uma configuração de sólido celular possam ser uma solução para obter boas propriedades mecânicas estáticas/dinâmicas e ao mesmo tempo baixa densidade específica. Quanto à fabricação destas estruturas microreticuladas, é proposta e utilizada uma técnica híbrida inovadora que combina o fabrico aditivo com a fundição por modelo perdido. É concluído que o processo de fabrico desenvolvido para as estruturas microreticuladas consideradas ainda precisa de limar alguns aspetos associados principalmente à eliminação da resina e ao estudo do seu ciclo térmico.
Autores principais:	Ramos, Maria João Gonçalves
Assunto:	Otimização topológica Estruturas microreticuladas (microlattice) Rigidez Fabrico aditivo Fundição por modelo perdido Topology optimization Microlattice structures Stiffness Additive manufacturing Investment casting
Ano:	2022
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

Descrição
Resumo:	Devido à constante necessidade de cada vez mais melhorar o comportamento mecânico e respostas estruturais, são requeridas e procuradas constantemente formas para melhorar as suas propriedades como resistência mecânica, rigidez, capacidade de absorção de energia e de amortecimento, sendo que estas propriedades podem atualmente ser adquiridas de diversas formas. Utilizar estruturas reticuladas é uma alternativa cada vez mais popular. Engenheiros de projeto aproveitam frequentemente estruturas lattice para componentes aeroespaciais ou automóveis, maquinaria industrial ou área biomédica, de forma a reduzir o peso das peças, mantendo a integridade estrutural e resistência necessária. As estruturas lattice 3D periódicas têm desta forma tido destaque, no entanto, outros tipos de sólidos celulares podem ser igualmente interessantes. Deste modo, o presente trabalho, propõe e apresenta uma forma de obter estruturas lattice, em concreto 2D não periódicas, com o intuito de produzir microvigas reticuladas (microlattice beams), não só para função estrutural, mas também para absorção de vibrações. O objetivo é deduzir formas reticuladas das microvigas por topologia, fazendo rotinas de otimização para a reduzir a massa e avaliar como varia a rigidez das estruturas aquando do processo de obtenção de estruturas reticuladas. Para tal, sugere-se o uso da ferramenta Topology Optimization do Ansys em dois modos, o Static Structural e o Modal, com o intuito de no final conseguir-se comparar os resultados das microvigas otimizadas em ambos os modos e ver quais as melhores formas, com mais rigidez e melhor relação de rigidez sobre a massa e qual o melhor método (estático ou modal). A partir dos resultados da otimização com restrição de fabricação, selecionou-se pelo estudo estático, a topologia da microviga com percentagem real de 44% e pelo estudo dinâmico a microviga com percentagem real de 68%. É proposto assim que estas microestruturas obtidas com uma configuração de sólido celular possam ser uma solução para obter boas propriedades mecânicas estáticas/dinâmicas e ao mesmo tempo baixa densidade específica. Quanto à fabricação destas estruturas microreticuladas, é proposta e utilizada uma técnica híbrida inovadora que combina o fabrico aditivo com a fundição por modelo perdido. É concluído que o processo de fabrico desenvolvido para as estruturas microreticuladas consideradas ainda precisa de limar alguns aspetos associados principalmente à eliminação da resina e ao estudo do seu ciclo térmico.