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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31798| Título: | Minimização da concentração de tensão em componentes mecânicos via otimização estrutural |
| Título(s) alternativo(s): | Minimization of stress concentration in mechanical components by structural optimization |
| Autor(es): | Faria, Renan Monteiro de |
| Orientador(es): | Vale, João Luiz do |
| Palavras-chave: | Tensão - Concentração Otimização estrutural Mecânica ANSYS (Programa de computador) Stress concentration Structural optimization Mechanics ANSYS (Computer system) |
| Data do documento: | 12-Mai-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Londrina |
| Citação: | FARIA, Renan Monteiro de. Minimização da concentração de tensão em componentes mecânicos via otimização estrutural. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2023. |
| Resumo: | Este trabalho tem como objetivo apresentar uma abordagem para minimização das concentrações de tensão em componentes mecânicos utilizando o ANSYS®. O propósito é desenvolver soluções que possam ajudar a reduzir níveis de tensão máxima em regiões de concentração de tensão em componentes mecânicos. A minimização de concentrações de tensão é um desafio importante em engenharia, pois esses pontos são comuns em muitos componentes mecânicos, como juntas soldadas, furos, entalhes e chanfros. Esses concentradores podem reduzir significativamente a resistência mecânica do componente, resultando em falhas prematuras. Portanto, é essencial desenvolver métodos para minimizar essas concentrações de tensão, aumentando a vida útil do componente e reduzindo custos de manutenção e reparo. Para alcançar essa finalidade, foram propostos três problemas de engenharia, cada um com sua própria função objetivo e variáveis de projeto. O primeiro problema consistiu em uma placa plana simétrica com um furo central e um aliviador de tensão, no qual a função objetivo era reduzir a concentração de tensão por meio da alteração das variáveis de projeto. Foram testados dois métodos de otimização, Nonlinear Programming by quadratic Lagrangion (NLPQL) e Adaptive Single-Objective, e o último foi escolhido para os outros dois problemas, pois é independente da condição inicial e tende a encontrar um ótimo global da função objetivo. O segundo problema consistiu em uma barra filetada, com a função objetivo de reduzir a concentração de tensão por meio da alteração do entalhe. Neste caso, houve uma redução significativa da concentração de tensão. O terceiro problema foi uma viga com furos assimétricos, com o objetivo de reduzir a tensão máxima de von Mises. Neste caso, aumentar o número de variáveis de projeto foi menos significativo do que no problema 2. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem proposta pode ser eficaz na redução de concentrações de tensão em componentes mecânicos e que o método Adaptive Single-Objective é uma abordagem eficaz para otimização de componentes mecânicos. |
| Abstract: | This work has as objective to present an approach to minimize stress concentrators in mechanical components using ANSYS®. The objective is to develop solutions that can help reduce maximum stress levels in stress concentration in mechanical components. Stress concentration minimization is an important challenge in engineering because these points are common in many mechanical components, such as welded joints, holes, notches, and chamfers. These stress concentrators can significantly reduce the mechanical strength of the component, resulting in premature failure. Therefore, it is essential to develop method to minimize these stress concentrators, increasing the component's useful life and reducing maintenance and repair costs. To achieve this objective, three engineering problems were developed, each with its own objective function and design variables. The first problem consisted of a symmetrical flat plate with a central hole and a stress reliever, in which the objective function was to reduce the stress concentrator by changing the design variables. Two optimization methods were tested, Nonlinear Programming by quadratic Lagrangion (NLPQL) and Adaptive Single-Objective, and the latter was chosen for the other two problems as it is independent of the initial condition to find the global optimum of the objective function. The second problem consisted of a threaded bar, with the objective of reducing stress concentration by altering the notch. In this case, there was a significant reduction in stress concentration. The third problem was an asymmetrically perforated beam, with the objective of reducing the maximum von Mises stress, where increasing the design variable was less significant than problem 2. The results obtained showed that the proposed approach can be effective in reducing stress concentrators in mechanical components and that the Adaptive Single-Objective method is an effective approach for optimizing mechanical components. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31798 |
| Aparece nas coleções: | LD - Engenharia Mecânica |
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