Optimización topológica aplicada al diseño de componentes estructurales mecánicos de peso reducido (original) (raw)

Optimización Topológica Estructural Aplicada en Ingeniería Mecánica

2017

La ensenanza del diseno en ingenieria mecanica, ha sido trascendida desde el uso de la simulacion computacional, para verificar disenos realizados sin necesidad de fabricarlos. La optimizacion topologica estructural usa el metodos de los elementos finitos y programacion matematica para buscar la mejor distribucion de material en un dominio de trabajo, de acuerdo a una funcion objetivo como puede ser la de maximizar la rigidez o minimizar la masa de un componente teniendo en cuenta los esfuerzos que soporta; este trabajo busca exponer y comparar diferentes herramientas que se encuentran en la literatura para realizar optimizacion topologica y con ello brindar una ayuda al estudiante de ingenieria mecanica, con la cual apoyarse mediante la simulacion computacional y realizar mejores disenos, el desarrollo del presente trabajo comienza con la descripcion del proceso de optimizacion topologica, sus partes y metodos de solucion, ademas se contrastan diferentes codigos existentes en la li...

Structural Topology Optimization Applied in Mechanical Engineering

HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), 2017

La enseñanza del diseño en ingeniería mecánica, ha sido trascendida desde el uso de la simulación computacional, para verificar diseños realizados sin necesidad de fabricarlos. La optimización topológica estructural usa el métodos de los elementos finitos y programación matemática para buscar la mejor distribución de material en un dominio de trabajo, de acuerdo a una función objetivo como puede ser la de maximizar la rigidez o minimizar la masa de un componente teniendo en cuenta los esfuerzos que soporta; este trabajo busca exponer y comparar diferentes herramientas que se encuentran en la literatura para realizar optimización topológica y con ello brindar una ayuda al estudiante de ingeniería mecánica, con la cual apoyarse mediante la simulación computacional y realizar mejores diseños, el desarrollo del presente trabajo comienza con la descripción del proceso de optimización topológica, sus partes y métodos de solución, además se contrastan diferentes códigos existentes en la literatura que realizan optimización topológica, para utilizar en el proceso de enseñanza aprendizaje, en donde el estudiante modifique líneas de código y comprenda mejor el comportamiento del proceso de optimización. Finalmente, aprovechando algunos métodos de fabricación avanzada como el prototipado rápido se construirán modelos de geometría compleja, como los obtenidos por optimización topológica. Palabras clave-Mecánica computacional, optimización topológica, método de los elementos finitos, reducción de peso

Diseño de disipadores de calor con el método de optimización topológica

El consumo de dispositivos electrónicos como computadores y celulares ha estado en aumento en los últimos años. La disipación de calor en estos sistemas electrónicos es crucial para su correcto funcionamiento, donde la tendencia es disminuir su tamaño aumentando la densidad de corriente que pasa a través de ellos. El efecto Joule es el principal fenómeno causante del incremento de temperatura, la cual si sobrepasa un límite puede incluso dañar el dispositivo. Como consecuencia, las herramientas de diseño de disipadores de calor se han vuelto cada vez más importantes. En esta investigación, se propone el método de optimización topológica (MOT) para diseñar un disipador usado para evacuar de calor de un procesador en un computador de escritorio.

Optimización del diseño de protecciones colocadas junto a estribos de puentes aliviadores

Aqua-LAC

El presente trabajo tiene como objeto determinar, mediante experiencias de laboratorio, la incidencia de las dimensiones y geometría en planta de una protección flexible sobre el sector erosionado en las inmediaciones de un estribo de pared vertical, y evaluar las mínimas dimensiones del revestimiento a fin de asegurar la estabilidad de la obra. Los ensayos fueron realizados en un canal de grandes dimensiones ubicado en la Nave I del Laboratorio de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas (FICH) de la Universidad Nacional del Litoral (Santa Fe, Argentina). Los experimentos fueron realizados en condiciones de agua clara y manteniendo constante los parámetros hidráulicos. Los resultados muestran que bajo diferentes geometrías de la protección, la máxima profundidad de erosión se mantuvo semejante a la situación de referencia. Sin embargo, la reducción del área del revestimiento deja zonas del lecho muy expuestas a los procesos erosivos, desestabilizando la protecció...

OPTIMIZACIÓN PARAMÉTRICA DE JUNTAS PLANARES PARA EL DISEÑO DE MECANISMOS FLEXIBLES

Los mecanismos son sistemas mecánicos diseñados para transmitir o transformar fuerzas, desplazamientos y/o energía. En los últimos años se ha planteado el diseño de mecanismos flexibles que cumplan con la misma función de los de eslabones rígidos, pero que obtengan su capacidad de movimiento mediante el aprovechamiento de las deformaciones que sufre el material con el cual son manufacturados. Uno de los aspectos que determina el comportamiento de este tipo de mecanismos es el dimensionamiento de aquellas zonas en las que la flexibilidad del mecanismo se concentra, denominadas juntas flexibles, pues en estos lugares se presentan altos esfuerzos que pueden originar fallas estáticas o de fatiga. El objetivo de esta investigación es aplicar la optimización paramétrica al dimensionamiento de las juntas flexibles de movimiento planar, de tal manera que se maximice su flexibilidad sin sobrepasar el esfuerzo permisible del diseño. Los diseños obtenidos son comparados contra diversos tipos juntas.

Optimización de puentes pretensados mediante la metodología de la superficie de respuesta

Revista CIATEC-UPF, 2019

Los puentes son infraestructuras esenciales para mejorar la comunicación dentro de un territorio. La optimización constituye un proceso que permite obtener puentes de menor coste bajo ciertas restricciones. Debido a la complejidad de los problemas estructurales, la optimización matemática no es útil y se recurre a la optimización heurística debido a su mayor eficacia. En este trabajo se presenta una alternativa a la optimización heurística basada en los metamodelos. El procedimiento consiste en una reducción de los factores iniciales mediante el diseño de experimentos, reduciendo significativamente la complejidad del problema sin perder información. Posteriormente, se aplica la metodología de la superficie de respuesta para obtener el óptimo del problema. Este procedimiento se aplica a un tablero de un puente de losa maciza que cumpla todas las restricciones de las normativas.

Armado optimizado de secciones de hormigón pretensado

2017

El hormigon es un material versatil para su uso en elementos estructurales, con una muy buena resistencia a compresion. Pero por contra, se trata de un material con una pobre resistencia a traccion, por lo que es necesario la inclusion de elementos de acero para que soporten las tracciones que se producen dependiendo de los estados de cargas que el elemento estructural puede sufrir dentro de su vida util. El uso de acero activo introduce un estado de compresion previa en el elemento estructural de hormigon, de manera que se anulan o disminuyen las tracciones en las distintas etapas de la vida util de la estructura. Para una seccion transversal dada, se podra determinar la cantidad de acero activo y pasivo necesario para satisfacer todos los requerimientos tanto en estado limite de servicio como en estado limite ultimo, y asi asegurarse el cumplimiento de la seguridad estructural, la durabilidad. De las infinitas soluciones que satisfacen estos requerimientos legales se podra obtener...