00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Dissertação
Título: Modelagem e otimização de compósitos termo-ativados
Título(s) alternativo(s): Modelling and optimization of thermoresponsive composites
Autor(es): Silveira, Pedro Henrique Rios
Primeiro Orientador: Lages, Eduardo Nobre
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Ramos Júnior, Adeildo Soares
metadata.dc.contributor.referee1: Cavalcante, Márcio André Araújo
metadata.dc.contributor.referee2: Pereira, Anderson
Resumo: O avanço da tecnologia de impressão 3D tem gerado uma revolução em termos de manufatura, permitindo a impressão de peças com geometrias complexas que podem ser definidas com base em critérios técnicos antes impraticáveis de serem executados. Dentro deste aspecto, uma aplicação que tem surgido é a de compósitos termo-ativados, nos quais a presença de um ou mais materiais com efeito de memória de forma permite a deformação programada do compósito após a impressão, contanto que o mesmo seja previamente tratados por um conjunto de estímulos termo-mecânicos. A capacidade dessa classe de compósitos de evoluir sua geometria ao longo do tempo motiva o interesse de se controlar precisamente a geometria prescrita para a configuração deformada. Neste contexto, este trabalho desenvolve formulações matemáticas, estratégias numéricas e uma base computacional para a otimização topológica da geometria da região de inclusão em compósitos termo-ativados, visando permitir a impressão e tratamento de peças que se deformem para configurações prescritas através do fenômeno de memória de forma. O documento tem como objetivo permitir a definição da geometria ótima para a impressão da região de inclusão dos compósitos em questão, viabilizando seu uso em aplicações industriais diversas. Sob esta base computacional, um exemplo de verificação é discutido, mostrando excelente concordância entre uma solução analítica obtida para um problema simplificado e a solução numérica usando o modelo formulado. Também são discutidos vários exemplos ilustrativos, nos quais o efeito dos parâmetros do modelo na resposta do algoritmo de otimização são apresentados e pontuados formalmente, igualmente com resultados correspondentes aos esperados em termos de coerência física. O sucesso da formulação simplificada apresentada, da base computacional e das estratégias desenvolvidas podem ser um excelente ponto de partida sob o qual novas considerações e melhores aproximações possam ser feitas em trabalhos futuros. Tais expansões, embasadas pelo arcabouço teórico aqui firmado, permitirão a aplicação do problema proposto em contextos que permeiam diversas indústrias.
Abstract: Advancements in 3D printing technology are generating a revolution in terms of manufacture, allowing the printing of objects in complex geometries that can be generated through the use of technical criteria that were previously impractical to execute. On that aspect, one application that has gained popularity is of termo-activated composites, on which the presence of one or more materials with shape-memory properties allows the programed deformation of the composites after printing, as long as they are previously trained with a specific set of thermo-mechanical stimuli. The capacity of a class of polymers to deform over time motivates the interest in controlling precisely the geometry prescribed for their deformed configuration. With in that context, this work details the development of mathematical equations, numerical strategies and a computational base for the topology optimization of the inclusion region in termo-activated composites, aiming to allow the printing and treatment of pieces that deform to prescribed configurations based on the shape-memory effect that some polymers present. It intends to allow the optimum design of polymeric composite pieces in order to make then viable for applications on several industries. On top of the computational base, an analytical example is constructed to check the developed formulations and shows good agreement between the exact solution and numerical results based on such equations. Illustrative examples are also presented where several parameters are varied and the effect they have on the optimization algorithm are discussed. This also shows results that considered good and physically coherent. The success of the simpli_ed mathematical formulation and its associated computational implementation and numerical strategies can serve as a base upon which new assumptions and better approximations can be made in futures works. Those expansions, supported for the theoretical base here presented, can allow the application of the proposed problem within the context of several industries.
Palavras-chave: MATLAB (Programa de computador)
Otimização estrutural
Impressão 3D e 4D
MATLAB (Computer program)
Structural optimization
3D and 4D Printing
Levenberg-Marquardt Algorithm
Topology Optimization
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: SILVEIRA, Pedro Henrique Rios. Modelagem e otimização de compósitos termo-ativados. 2019. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Centro de Tecnologia, Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2019.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/5879
Data do documento: 12-jul-2019
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