Dissertação
Contribuição ao desenvolvimento de uma estrutura veicular tipo spaceframe usando o método dos elementos finitos e métodos heurísticos de otimização numérica
Contribution to the Development of a Spaceframe Vehicle Structure Using the Finite Element Method and Heuristic Methods of Numerical Optimization
Registro en:
OLIVEIRA, Fernando César Gama de. Contribution to the Development of a Spaceframe Vehicle
Structure Using the Finite Element Method and Heuristic Methods of Numerical
Optimization. 2007. 158 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
Autor
Oliveira, Fernando César Gama de
Institución
Resumen
The main purpose of this work is based in a contribution to the development of the
design and construction of a 3-D Spaceframe vehicle structure. Vehicle structures
require the use of modern computational tools that guarantee approached solutions for
the problem, since in this case the use of classic analytical solutions is not applicable.
The work has as main objective the determination of an optimal chassis configuration
that takes care of the requirements of low weight and high torsional stiffness by means
of a commitment solution. The Finite Elements Method (FEM) has been used for
modeling the structure through of the commercial software ANSYS®. It was defined
primarily a geometry, a discrete model by means of bar elements and application of a
static linear analysis for the calculation of the chassis torsional stiffness as well as its
initial mass. This initial configuration was submited to Heuristic Methods of Numerical
Optimization, aiming to the design evolution and the optimal configuration search. The
Ant Colony Methods (ACO), Particle Swarm (PSO) and Genetic Algorithms (GA) had
been applied to four types of formulations. Good results were obtained when using PSO
Method for the case where the mass and stiffness had been taken as inequality
constraints. The mass of the final design presented 35% reduction when compared to
the initial value and its stiffness is 62% greater than this reference. These results lead
future perspectives for this work with the use of different optimization strategies, as
well as the construction of the real structure. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Engenharia Mecânica O foco do trabalho está em oferecer uma contribuição ao desenvolvimento do projeto e
construção de uma estrutura veicular tridimensional do tipo Spaceframe. Por ser de
natureza complexa, as estruturas veiculares requerem o uso de ferramentas
computacionais modernas que fornecem soluções aproximadas para o problema, uma
vez que a obtenção de soluções analíticas clássicas é inviável para tal aplicação. O
objetivo principal deste trabalho é a obtenção de uma configuração ótima de chassis que
represente uma adequada solução de compromisso entre os requisitos de baixo peso e
alta rigidez torsional. A estrutura foi modelada utilizando o Método dos Elementos
Finitos (FEM) através do software comercial ANSYS®. A utilização do método partiu
da definição da geometria inicial, discretização do modelo por meio de elementos de
barra e aplicação de uma análise linear estática para o cálculo da rigidez torsional do
chassis e cálculo de sua massa inicial. Esta configuração inicial foi então submetida a
Métodos Heurísticos de Otimização Numérica visando a evolução do projeto e a busca
pela configuração ótima. Foram aplicados os Métodos da Colônia de Formigas (ACO),
Enxame de Partículas (PSO) e dos Algoritmos Genéticos (GA) para quatro tipos de
formulações. Bons resultados foram obtidos ao utilizar o Método PSO para o caso onde
a massa e a rigidez foram tomados como restrições de desigualdade. A configuração
final obtida para a estrutura otimizada apresentou massa 35% menor que a inicial ao
mesmo tempo em que a sua rigidez é 62% maior. Os resultados obtidos conduzem a
amplas perspectivas futuras para a continuação deste trabalho através da realização de
mais etapas de otimização, assim como a construção da estrutura em escala real.