Nome do Projeto
Controle e otimização topológica de estruturas Inteligentes
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/08/2021 - 31/07/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Este projeto é uma continuação do projeto intitulado "Controle e otimização topológica de estruturas Inteligentes", já em andamento, cadastrado no módulo antigo do Cobalto.
A otimização topológica é um processo iterativo que, na sua formulação clássica, permite projetar a topologia ótima de estruturas segundo um determinado critério de custo de caráter mecânico, por exemplo, rigidez máxima e volume mínimo. Basicamente, o método de otimização topológica distribui o material no interior de um domínio fixo de forma a maximizar ou minimizar uma função de custo especificada. Assim, cada ponto do domínio pode variar de ar (não há presença de material) até sólido (total presença de material), podendo assumir densidades intermediárias entre ar e sólido de acordo com um modelo definido.
Já projetos de otimização estrutural que integrem simultaneamente materiais ativos(controladores) e otimização topológica, denominadas de estruturas inteligentes, são mais recentes. Os materiais ativos costumeiramente utilizados são os chamados materiais piezelétricos. Estes materiais podem ser utilizados, tanto como controladores (de vibração, por exemplo), como para conversores de energia (mecânica em elétrica).
O problema de otimização topológica simultânea à distribuição de atuadores piezelétricos é um dos objetivos neste projeto. A idea é obter a distribuição de atuadores que forneça o melhor controle da estrutura, ou seja, a capacidade de controlar a estrutura deve ser otimizada ao mesmo tempo que sua topologia. E ainda que esta topologia processada seja também ótima para o controle da estrutura.
Outro objetivo do projeto é a solução do problema que integra a otimização topológica e o posicionamento de materiais piezelétricos na estrutura para utilização destes materiais como conversores de energia (mecânica em elétrica). Para isto também será necessária uma análise da dinâmica das estruturas, com restrições de domínio prescritas e topologia otimizada.
O aprimoramento de técnicas de otimização já existentes também está entre as possibilidades de inovação deste projeto.
Objetivo Geral
O objetivo da presente pesquisa é desenvolver uma metodologia geral integradora que reúna técnicas matemáticas e computacionais para a obtenção de estruturas otimizadas, do ponto de vista topológico, do controle do seu funcionamento e na eficiência em conversão energética. Possivelmente estas técnicas poderão ser utilizadas na modelagem de sistemas que requeiram estruturas otimizadas (tanto pela topologia como pelo controle), como por exemplo, na área da robótica, onde cada vez mais se buscam estruturas mais leves e ágeis e que funcionem com menor consumo de energia. Assim podem ser potencialmente mais baratos. Além disto, as técnicas desenvolvidas neste projeto poderão ser utilizadas na modelagem de processos de produção de energia limpa e renovável.