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Abstract(s)
Additive Manufacturing (AM) describes the processes which produce 3D parts, being these manufactured through a layer-by-layer procedure. The AM technology takes a wide variety of materials, so there is not a barrier in that field when a project is proposed. It also allows the part production in less time, reducing the costs and material waste. Topology Optimization combines the finite element method with mathematical optimization formulas, providing a better material distribution in the reference domain of the geometry under analysis. This optimization can be applied to improve the performance of existing products or to create new ones. By combining these two tools, AM and topology optimization, create lighter structures with greater rigidity and complexity is possible. Which previously was not possible due to the limitation in tools and molds of traditional methods.
This work searches the possibility of using topology optimization as a tool to obtain a lighter wing to an unmanned aerial vehicle (UAV). The objective is to investigate the stiffness and strength characteristics of a wing, being presented in different cases for analysis. This dissertation describes the designs and numerical procedures, in which are included computation fluid dynamics, structural analysis, and topology optimization. The optimization was realized with the aim of minimizing mass. The entire numerical procedure was performed in ANSYS software.
In this work, there is a study case which was evidencing, due to the 74% of weight reduction, but for the aircraft requirements in the study, more investigations are necessary, since the final design wing has, approximately, 1.5kg and the UAV should have a mass of 5kg.
O Fabrico Aditivo (FA) descreve os processos que criam peças em 3D, sendo estas fabricadas camada-por-camada. A tecnologia do FA já abrange, hoje em dia, uma grande variedade de materiais, não havendo essa barreira quando é proposto um projeto. Permite também a produção de mais peças em menos tempo, o que faz com que haja uma redução de custos e de desperdício de material. A Otimização Topológica combina o método dos elementos finitos com fórmulas matemáticas de otimização, proporcionando assim uma melhor distribuição de material no domínio de referência da geometria em análise. Esta otimização pode ser aplicada de modo a melhorar o desempenho de produtos já existentes ou para criar novos. Ao juntar estas duas ferramentas, o FA com a otimização topológica, é possível criar estruturas mais leves, com maior rigidez e complexidade. O que antigamente não era fazível, devido à limitação nos moldes e ferramentas nos métodos tradicionais. Esta dissertação procura a possibilidade de usar a otimização topológica como ferramenta para obter uma asa, para um avião não tripulado (UAV), mais leve. O objetivo é investigar as características de rigidez e resistência de uma asa, sendo apresentados diferentes casos para análise. O trabalho descreve os designs e os procedimentos numéricos, em que se enquadram a dinâmica dos fluidos computacional, as análises estruturais e a otimização topológica. A otimização foi realizada com o objetivo de minimizar a massa. Todo o procedimento numérico foi efetuado no software ANSYS. Ao realizar este trabalho, houve um caso de estudo que se destacou apresentando uma redução de 74% da massa, ainda assim para os requerimentos da aeronave em questão são necessários mais estudos.
O Fabrico Aditivo (FA) descreve os processos que criam peças em 3D, sendo estas fabricadas camada-por-camada. A tecnologia do FA já abrange, hoje em dia, uma grande variedade de materiais, não havendo essa barreira quando é proposto um projeto. Permite também a produção de mais peças em menos tempo, o que faz com que haja uma redução de custos e de desperdício de material. A Otimização Topológica combina o método dos elementos finitos com fórmulas matemáticas de otimização, proporcionando assim uma melhor distribuição de material no domínio de referência da geometria em análise. Esta otimização pode ser aplicada de modo a melhorar o desempenho de produtos já existentes ou para criar novos. Ao juntar estas duas ferramentas, o FA com a otimização topológica, é possível criar estruturas mais leves, com maior rigidez e complexidade. O que antigamente não era fazível, devido à limitação nos moldes e ferramentas nos métodos tradicionais. Esta dissertação procura a possibilidade de usar a otimização topológica como ferramenta para obter uma asa, para um avião não tripulado (UAV), mais leve. O objetivo é investigar as características de rigidez e resistência de uma asa, sendo apresentados diferentes casos para análise. O trabalho descreve os designs e os procedimentos numéricos, em que se enquadram a dinâmica dos fluidos computacional, as análises estruturais e a otimização topológica. A otimização foi realizada com o objetivo de minimizar a massa. Todo o procedimento numérico foi efetuado no software ANSYS. Ao realizar este trabalho, houve um caso de estudo que se destacou apresentando uma redução de 74% da massa, ainda assim para os requerimentos da aeronave em questão são necessários mais estudos.
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Keywords
Asa Fabrico Aditivo Otimização Topológica