Otimização topológica em problemas de elasticidade linear usando o MEC

Abstract

O presente texto visa relatar as etapas que possibilitaram a otimização de problemas de elasticidade linear através de algoritmos computacionais baseados no Método dos Elementos de Contorno (MEC). O MEC é um dos métodos numéricos mais populares em problemas de engenharia, e está sendo constantemente desenvolvido nas ultimas décadas. É um método que, apesar de possuir uma formulação elaborada, possui propriedades que facilita sua implementação em problemas de otimização. Este trabalho tem por objetivo aplicar o MEC em problemas de otimização estrutural de problemas bidimensionais de elasticidade linear. Este trabalho utiliza elementos quadráticos nos problemas de otimização estudados. Para tanto, foi desenvolvido um código em MATLAB que faz os cálculos e um processo iterativo, fornecendo novas topologias a partir de uma topologia inicial. Algumas otimizações de problemas bidimensionais são propostas e realizadas. Um exemplo simplificado de um componente automotivo é proposto para ser otimizado. As topologias finais apresentaram resultados condizentes com a literatura. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work aims to report the procedures that make the optimization of linear elasticity problems be possible by computational codes based on the Boundary Element Method (BEM). The BEM is one of the hot research topic in numerical methods in engineering problems where more research has been conducted in the last decade. It is a method that, despite its elaborated formulation, has the features that make it more attractive to be applied in optimization problems. This work will use the BEM in the structural optimization of linear elasticity problems as a numerical approach. In this work, the structural optimization was performed with quadratic boundary elements. An iterative MATLAB code was developed to perform the optimization procedures, giving new topologies as output from a determined initial topology. Five benchmark tests commonly used for topological optimization procedure were optimized. Finally, a simplified problem of an automotive suspension arm optimization was also studied. The final topologies obtained are in good agreement with the literature.