التفاصيل البيبلوغرافية
| العنوان: |
Otimização estrutural de um braço de suspensão recorrendo a um algoritmo de remodelação bio-inspirado combinado com métodos sem malha |
| Alternate Title: |
Structural optimization of a suspension control arm using a bio-inspired remodelling algorithm combined with meshless methods |
| المؤلفون: |
Oliveira, Carlos David Ferreira |
| المساهمون: |
Belinha, Jorge Américo de Oliveira Pinto, Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto |
| سنة النشر: |
2024 |
| مصطلحات موضوعية: |
Structural Optimization, Finite Element Method, Meshless Methods, Automotive Industry, Evolutionary Algorithm, Otimização estrutural, Método de elementos finitos, Métodos sem malha, Indústria automóvel, Algoritmo evolucionário, Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia |
| الوصف: |
O panorama da indústria automóvel presenciou uma transformação disruptiva ao longo do século XXI, caracterizada por uma transformação no paradigma do setor, impulsionada por dois vetores: a revolução tecnológica eletrónica e a ascensão da eletromobilidade. Consequentemente, a massa total média do veículo ligeiro convencional aumentou substancialmente. Tratando-se de um parâmetro preponderante no desempenho global de um veículo, a sua redução permite melhorias na economia de energia, na pegada ecológica associada ao fabrico e às emissões de gases poluentes (no caso dos motores de combustão interna), na performance de condução do veículo e da sua resposta às contínuas exigências do condutor. Com a necessidade de adaptar e otimizar componentes mecânicos que são submetidos a determinadas condições de utilização, têm surgido ao longo dos anos várias técnicas de otimização, complementadas por metodologias de avaliação estrutural computacional, que permitem a obtenção de designs que respeitam os padrões de resistência estrutural estabelecidos pelo utilizador, simultaneamente minimizando a massa total do modelo de estudo. Paralelamente, o método utilizado para a avaliação estrutural tem vindo a revelar-se como preponderante nos resultados obtidos, o que motiva também o estudo contínuo de novas técnicas mais eficientes que promovam melhores soluções. No presente estudo, foi empregue um algoritmo BESO (Bi-Evolutionary Structural Optimization), inspirado no conceito de remodelação óssea, a fim de conseguir melhorar o desenho de um braço de suspensão de um veículo ligeiro. No processo de otimização, dois métodos numéricos foram avaliados e comparados com o mais popular e convencional Finite Element Method (FEM): os métodos sem malha Radial Point Interpolation Method (RPIM) e Natural Neighbors Radial Point Interpolation Method (NNRPIM), de modo a contemplar a existência de um método numérico mais apropriado para aplicações de otimização estrutural. A comunidade da mecânica computacional apresenta os métodos sem malha como uma alternativa promissora ao FEM. Este facto é suportado com base em literatura credível, onde estas metodologias demonstram uma melhoria da precisão nas simulações numéricas, especialmente evidente em análises com grandes deformações. A partir das melhores soluções obtidas com o algoritmo utilizado, foram testados numericamente e experimentalmente vários modelos. Os modelos testados foram impressos utilizando a tecnologia FFF/FDM. Estes abrangeram duas categorias: modelos que refletem técnicas convencionais de remoção de material de um braço de suspensão e modelos com gradiente de densidade inspirados diretamente nas soluções obtidas no algoritmo de otimização. Estes últimos utilizaram material celular, nomeadamente enchimento em forma de giróide, com o objetivo de gerar estruturas celulares funcionalmente graduadas, de modo a alcançar relações rigidez/peso superiores. Os modelos foram construídos com base no mapa de densidade obtido numa das iterações do ficheiro gerado pelo algoritmo empregue. O mapa de densidade foi convertido num ficheiro estereolitográfico (.stl) através de um script construído para o efeito. |
| Description (Translated): |
The automotive industry has undergone a dramatic transformation over the course of the XXI century, marked by a paradigm shift influenced by two overarching factors: the electronic technological revolution and the advancement of electromobility. Consequently, the mean total mass of the conventional light vehicle has substantially increased. Given its critical role in overall vehicle performance, reducing this mass yields benefits such as energy savings, a reduced ecological footprint associated with manufacturing, and decreased emissions from internal combustion engines. Additionally, it enhances driving performance and responsiveness to the driver’s continuous demands. With the need to adapt and optimize mechanical systems that undergo certain conditions of use, various optimization techniques have emerged over the years, complemented by computational structural evaluation methods, enabling the development of designs that respect the structural resistance standards established by the user, while minimizing the total mass of the studied model. In parallel, the method used for the structural assessment has proved to be decisive in the outcome, encouraging the continuous study of new, more efficient techniques that promote overall better solutions. In this study, a Bi-Evolutionary Structural Optimization (BESO) algorithm, inspired by the concept of bone remodelling, was used to improve the design of a light vehicle suspension control arm. In the optimization process, two numerical methods were evaluated and compared with the more popular Finite Element Method (FEM): the meshless methods Radial Point Interpolation Method (RPIM) and Natural Neighbours Radial Point Interpolation Method (NNRPIM), in order to consider the existence of a more suitable numerical method for structural optimization applications. The computational mechanics community presents meshless methods as a promising alternative to FEM. This is supported by credible literature, where such methods demonstrate improved accuracy in numerical simulations, especially evident in analyses assuming high deformations. Based on the best solutions obtained in the algorithm used, different models were tested numerically and experimentally. The models were printed using FFF technology. They comprised two categories: models reflecting conventional techniques for removing material from the control arm, and models with a density gradient directly inspired by the solutions obtained in the optimization algorithm. The latter used cellular material, namely a gyroid-shaped infill, creating functionally graded cellular structures to achieve higher stiffness-to-weight ratios. The models were built based on the density map obtained in one of the iterations of the file generated by the used optimization algorithm. The density map was converted into a stereolithographic file (.stl) through a purposebuilt script. |
| Contents Note: |
TID:203690877 |
| وصف الملف: |
application/pdf |
| اللغة: |
Portuguese |
| الاتاحة: |
http://hdl.handle.net/10400.22/25932 |
| Rights: |
open access |
| رقم الانضمام: |
rcaap.com.recipp.recipp.ipp.pt.10400.22.25932 |
| قاعدة البيانات: |
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