Otimização topológica: entenda o que é

 em Educação, Otimização, Otimização Topológica

Se você clicou neste artigo, você já deve conhecer, ou ter ouvido falar ou querer saber mais sobre o método de otimização topológica (TOM, Topology Optimization Method, em inglês), amplamente utilizado em diferentes áreas, com diversas aplicações na área da Engenharia. Então vamos lá entender um pouco mais sobre o que é esta ferramenta tão poderosa no arsenal de um engenheiro!

O que é a Otimização Topológica (OT)?

Quando alguém se refere à otimização topológica, essa pessoa está se referindo ao procedimento numérico (leia-se, computacional) empregado para encontrar a distribuição mais adequada de material de uma estrutura dentro de um espaço determinado de projeto, submetido a um conjunto de cargas e restrições, o qual chamamos de condições de contorno.

Para encontrar essa distribuição otimizada de material, a otimização topológica combina o Método de Elementos Finitos (MEF) e fórmulas matemáticas de otimização. Essa abordagem material do método de otimização de layout foi proposto inicialmente por Bendsoe & Kikuchi (1988)¹, considerando uma equação constitutiva homogeneizada que depende somente da densidade relativa do material. Ou seja, o algoritmo discretiza o componentes em pequenos elementos finitos e varia a densidade de cada um desses elementos entre 0 (remoção total do elemento) e 1 (preservação do elemento), buscando assim, uma geometria otimizada.

Vantagens da Otimização Topológica

Como dito acima, esta é uma ferramenta poderosa no arsenal de um engenheiro pois as possibilidades de aplicação dessa tecnologia são diversas. Essa inovação favorece a indústrias de diversos setores, tendo em vista que projetar peças e componentes mecânicos com alta rigidez e peso baixo se tornou uma necessidade comum.

Como o leitor pode estar imaginando, a utilização dessa tecnologia pode ser extremamente valiosa pois traz grandes vantagens, das quais podemos citar:

1 – Melhor desempenho na criação de produtos

O uso estratégico da tecnologia de otimização adequada durante o processo de desenvolvimento maximiza o potencial dos produtos, permitindo que engenheiros e designers tenham maior agilidade para desenvolver rapidamente projetos, agregando qualidade e desempenho. Com isso, é possível reduzir o tempo de desenvolvimento de um produto e ainda colocá-lo no mercado com maior competitividade.

2 – Pode ser adaptada a produtos já existentes

O uso da otimização topológica traz grandes benefícios quando utilizado ao longo do desenvolvimento de um grande produto. Mas isso não quer dizer que não é possível aplicar esse método em produtos já existentes. Analisar e otimizar produtos já fabricados anteriormente pode trazer novos insights interessantes sobre o comportamento deles, abrindo assim espaços para modificações que visem uma maior confiabilidade e menor custo de produção.

3 – Sustentabilidade

A otimização topológica possui grande sinergia com a sustentabilidade: com a redução do material utilizado, é possível reduzir a quantidade de material desperdiçado, bem como cumprir metas de redução de uso de energia e de emissão de poluentes com maior facilidade, auxiliando na produção de componentes sustentáveis e prontos para o mercado do amanhã, que tende a demandar cada vez mais produtos com baixo impacto ambiental.

4 – Liberdade de criação e exploração de configurações

Com a otimização topológica, o engenheiro adquire liberdade para explorar e analisar com detalhe um número virtualmente infinito de configurações possíveis para uma mesma peça. Com isso, o engenheiro consegue, de maneira rápida e eficiente, encontrar as melhores configurações possíveis que respeitem as restrições de projeto.

Softwares de otimização topológica

Para utilizar a otimização topológica, existem algumas soluções comerciais que valem a pena que você conheça, como, por exemplo, o Simcenter FEMAP, um dos softwares de análise estrutural mais utilizados ao redor do mundo. Com ele, é possível configurar uma OT e analisar os resultados facilmente dentro de um só ambiente, sendo assim, uma solução interessante para aquelas empresas que estão iniciando no mundo da simulação computacional

Outra solução que utilizamos na VirtualCAE é o Virtual.PYXIS, o único software de otimização 100% brasileiro, desenvolvido para atender às demandas do mercado interno do país. O foco do Virtual.PYXIS é a otimização topológica em diferentes condições de fabricação, que pode ser aplicada conforme a necessidade do projeto. Entre outras possibilidades, é possível direcionar o design de produto conforme as necessidades e adequações exigidas.

O sistema apresenta integração com outras soluções CAE, como o ANSYS, Abaqus e Nastran, sendo recomendado para a realização de ciclos de otimização estrutural lineares, não lineares e otimização para a maximização de frequência natural. É possível realizar ainda a otimização de conjuntos, com componentes em contato por atrito.

E você, ficou com alguma dúvida? Entre em contato conosco e conheça mais sobre a proposta da VirtualCAE.

 

[1] Bendsoe, M.P., Kikuchi, N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method. 1988

Postagens Recentes

Deixe um Comentário

Método dos Elementos Finitos