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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39640| Título: | Otimização do peso de roda de material compósito sob impacto lateral |
| Título(s) alternativo(s): | Weight optimization of composite wheel under lateral impact |
| Autor(es): | Onofre, Anuar Miguel Abib |
| Orientador(es): | Luersen, Marco Antônio |
| Palavras-chave: | Materiais compostos - Aplicações industriais Indústria automobilística - Inovações tecnológicas Simulação (Computadores) Rodas - Projeto e construção Modelos matemáticos Otimização estrutural Materiais laminados - Testes de impacto Algorítmos genéticos Composite materials - Industrial applications Automobile industry and trade - Technological innovations Computer simulation Wheels - Design and construction Mathematical models Structural optimization Laminated materials - Impact testing Genetic algorithms |
| Data do documento: | 20-Fev-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | ONOFRE, Anuar Miguel Abib. Otimização do peso de roda de material compósito sob impacto lateral. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026. |
| Resumo: | A aplicação de materiais compósitos na indústria automobilística é motivada pela melhoria de desempenho e eficiência energética dos veículos. Nesse contexto, técnicas de simulação numérica e otimização tornam-se essenciais para o projeto de estruturas cada vez mais leves. O presente trabalho propõe uma metodologia para minimização do peso de rodas de material compósito considerando requisito de impacto lateral, através da otimização do número de lâminas e suas orientações. A redução de rigidez é adotada como restrição de projeto, considerando o dano das lâminas após o impacto. Como as simulações de impacto demandam alto tempo e recursos computacionais, a otimização é baseada em metamodelagem, utilizando funções de base radial com refinamento sequencial. Para possibilitar o uso de metamodelos com número de camadas variável, o problema de otimização é formulado em termos de parâmetros de laminação. A recuperação da sequência de laminação a partir de um conjunto de parâmetros de laminação é feita usando um algoritmo genético para minimização do erro quadrático médio. A metodologia de otimização foi validada utilizando funções teste e um problema de placa compósita laminada envolvendo flambagem, para o qual a solução analítica é conhecida. No caso da roda, com o uso de metamodelagem, foram necessárias 58 avaliações do modelo de alta fidelidade (desenvolvido no software comercial Ansys LSDYNA) para que o processo de otimização atingisse a convergência. Essa otimização resultou em uma roda de 7,51 kg, o que representa uma redução de 27% em relação a uma roda não otimizada (projeto de referência). A comparação com rodas comerciais mostrou que a roda obtida é 23% e 5% mais leve que as rodas de alumínio e de material compósito, respectivamente. Além da redução de peso, foi possível maximizar a rigidez após o impacto para o número ótimo de lâminas. |
| Abstract: | The application of composite materials in the automotive industry is motivated by the improvement of vehicle performance and energy efficiency. In this context, numerical simulation and optimization techniques become essential for the design of increasingly lightweight structures. This work proposes a methodology for minimizing the weight of composite wheels considering lateral impact requirements, through the optimization of the number of plies and their orientations. Stiffness reduction is adopted as a design constraint, considering the damage to the plies after impact. Since impact simulations demand extensive time and computational resources, the optimization is based on surrogate modeling, using radial basis functions with sequential refinement. To enable the use of surrogate models with variable number of plies, the optimization problem is formulated in terms of lamination parameters. Stacking sequence retrieval from a set of lamination parameters is performed using a genetic algorithm to minimize the mean square error. The optimization methodology was validated using test functions and a laminated composite plate problem involving buckling, for which the analytical solution is known. In the wheel optimization, using surrogate modeling, 58 evaluations of the high-fidelity model (developed in the commercial software Ansys LS-DYNA) were necessary for the optimization process to converge. This optimization resulted in a 7.51 kg wheel, representing a 27% reduction compared to a non-optimized wheel (reference design). Comparison with commercial wheels showed that the obtained wheel is 23% and 5% lighter than aluminum and composite wheels, respectively. In addition to the weight reduction, it was possible to maximize post-impact stiffness for the optimal number of plies. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39640 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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