Orientador: Juan Francisco Camino dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T20:12:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soubhia_AnaLuisa_M.pdf: 934522 bytes, checksum: f77437f6f99fae79d0a01f45686b119b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O tema Otimização dos parâmetros da planta e do controlador é o objeto de estudo desta dissertação. Este trabalho propõe três metodologias analíticas: Metodologia Baseada na Resposta Temporal, Metodologia Quadrática e Metodologia Variacional, para solucionar o problema de otimização simultânea dos parâmetros de uma suspensão veicular e do controlador LQR. Essas metodologias são investigadas, respectivamente, com base na solução da equação de estado, no problema do Regulador Linear Quadrático (LQR) Ótimo e no Cálculo Variacional. A partir de um algoritmo encontrado na literatura foram iniciados os estudos numéricos. Esse algoritmo permite calcular derivadas de exponenciais matriciais, que são essenciais para o desenvolvimento da metodologia proposta para se resolver o problema da otimização simultânea dos parâmetros da planta e do controlador, no qual a obtenção de uma formulação analítica para o gradiente da função a ser minimizada é importante. Como aplicação, é proposto um problema de otimização simultânea do ganho de um controlador LQR e dos parâmetros de uma suspensão veicular ativa. Esse problema é resolvido numericamente utilizando-se o software MATLAB. Essa dissertação é desenvolvida da seguinte forma: Primeiramente, são apresentadas as metodologias analíticas e as metodologias numéricas. A partir do estudo numérico, os resultados do problema de otimização aplicado ao modelo de uma suspensão veicular são obtidos. Por fim, as conclusões e os possíveis trabalhos futuros são apresentados / Abstract: In this work, the theme Optimization of plant and controller parameters is studied. This work shows three analytical methodologies: Methodology Based on Temporal Response, Methodology Quadratic andMethodology Variational, suggested to solve the simultaneous optimization problem of plant parameters and the controller of the linear and time invariant system. These methodologies are investigated, respectively, based on the solution of the state equation, on the Quadratic Regulator problem and on the Variational Calculus. From an algorithm that was found in the literature, the numerical studies were started. The goal of this algorithm is to calculate the derived from matrix exponential. This function is essential to develop the numerical methodology suggested to solve the optimization problem of plant parameters and the controller, in which is important to find an analytical form for the gradient of the object function. As an application, an optimization problem of plant parameters and the controller for a quarter-car active vehicle suspension is suggested. This problem is solved numerically using the software MATLAB. This work is developed as follows: Firstly, the analytical and numerical methodologies are presented. From the numerical studies, the vehicle suspension optimization problem results are obtained. And, in the end, the conclusions and the possible future works are presented / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:16:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sanches_RenatoPicelli_M.pdf: 52092840 bytes, checksum: a8733bac03e04caecd2a9f98c0d6399b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A otimização estrutural topológica é uma ferramenta aplicada em muitos campos da engenharia. Diversos métodos de otimização topológica (MOT) têm sido desenvolvidos a partir da consolidação do método dos elementos finitos e da evolução das capacidades computacionais. Dentre os diversos métodos, o método denominado de Otimização Estrutural Evolucionária (ESO - Evolutionary Structural Optimization) tem se consolidado na área através da aplicação de estratégias heurísticas na análise do modelo estrutural. Esse método se baseia na eliminação sucessiva de elementos em uma malha de elementos finitos que cobre o espaço de soluções definido inicialmente. Atualmente, a otimização evolucionária conta com a versão bidirecional (BESO - Bidirectional ESO) em que os elementos não são apenas eliminados, mas também adicionados ao domínio inicial. Um dos problemas comuns aos métodos de otimização topológica é o Tabuleiro de Xadrez, que consiste na obtenção de soluções intermediárias com padrões sólido-vazios alternados que sub ou supervalorizam a rigidez da estrutura e divergem da solução ótima. Como soluções para este problema, são utilizados elementos finitos de alta ordem, filtros e a aplicação de malhas hexagonais. Entretanto, as duas primeiras opções implicam no aumento do custo computacional. Neste trabalho, investiga-se o uso de malhas hexagonais nos métodos ESO/BESO, cuja metodologia ainda não foi explorada nos métodos evolucionários. Além de eliminar o Tabuleiro de Xadrez, as malhas hexagonais possibilitam a obtenção de topologias com contornos mais suaves e livres de conexões por apenas um nó. São implementados os métodos ESO em critérios de tensão e rigidez, ESO em otimização de forma e o método BESO para critério baseado em rigidez. A aplicação de malhas hexagonais é investigada em todos esses casos / Abstract: The Structural Topology Optimization technique has been applied in many fields of engineering. Several optimization methods have been developed with the Finite Element Method consolidation and the evolution of computational capabilities. Among many techniques, Evolutionary Structural Optimization (ESO) has been consolidated in the area through the successive application of heuristic strategies in the structural analysis. This method is based on a rule of successive elimination of elements in a finite element mesh that covers the feasible solution space defined initially. The Bidirectional Evolutionary Structural Optimization method (BESO) was recently proposed, in which the elements are not only eliminated but also added to the initial domain. One of the common problems in topology optimization methods is the checkerboard that consists in obtaining intermediate solutions with solid-void alternated patterns that under or overvalue the stiffness of the structure and diverges from the optimum solution / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores : Francisco Antonio Menezes, Renato Soliani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-02T00:38:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cortes_CarlosFredericoMacedo_M.pdf: 3755377 bytes, checksum: 3f5b34b5f7ad03935bf8c7ab7c01d33d (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Diminuir os custos com a construção de estruturas tornou-se ainda mais importante com a globalização da economia. No caso de treliças, uma estrutura leve, de fácil e rápida execução, o menor custo será representado pelo menor peso que a treliça poderá ter. O presente trabalho trata da otimização de peso de treliças planas com geometria e topologia fixadas. O processo de otimização proposto consiste em submeter uma configuração inicial de treliça plana a um programa que primeiramente sujeitará a função objetivo a um otimizador de caráter contínuo e nãolinear, restritas por funções que representam tensões admissíveis das barras (calculadas segundo a norma norte-americana de tensões admissíveis AISC/ASD 1989), limites para os deslocamentos nodais, áreas das seções transversais, além de equações de equilíbrio estático; com a finalidade de minimizar a área da seção transversal, mantendo o layout sugerido inicialmente. De posse desses valores ótimos, submetese novamente as mesmas equações a um outro otimizador, de caráter discreto e não-linear, acrescentando o conjunto de restrições com equações para a escolha de perfis disponíveis no mercado. Foi escrito o programa pTRUSS, em linguagem Pascal, que prepara um arquivo com os comandos específicos da linguagem interpretada GAMS. Esse arquivo gerado pelo programa pTRUSS é submetido ao software de otimização GAMS, que resolve o problema em estudo. Permitem-se dois tipos de análise: análise contínua e análise discreta. No primeiro caso o GAMS utiliza rotinas internas do MINOS 5.1 e no segundo o GAMS utiliza o otimizador DICOPT. Apresentam-se alguns exemplos encontrados na literatura para efeito de comparação de resultados. Compararam-se também os resultados obtidos pela proposta da dissertação com valores calculados com os programas SAP2000 e AutoMetal / Abstract: Due to the globalization of the economy, cost reduction has become more important. Concerning to the truss, a light, easy and quick build structure, the minimum cost will be represented by minimum weight that the truss could have. In this his work plane truss optimization with fixed geometry and fixed topology is studied. The proposed optimization process consists in applying to an initial configuration plane truss a code where, firstly, the Weight Objective Function will be subjected to a continuum and nonlinear solver, constrained by functions which represent the allowable stress members (according to the AISC-ASD/1989 code), displacement nodal limits and cross section area limits, as well as static equilibrium equations; focusing on minimizing the cross section area and keeping the initial configuration proposed. The optimal values obtained by continuum analysis will be used to submit again the same equations to another solver, now discrete and nonlinear. New equations of restraint that permit to choose available commercial sections were increased on program. Using Pascal language, it was made a program named p TRUSS that prepares a file with specific commands of language interpreted by GAMS. This file created by the pTRUSS program is submitted to the optimization software GAMS, that solves the problem in analysis. Two types of analyses are permitted: continuum analysis and discret analyses. In the former, the software GAMS uses internal routines of MINOS 5.1 and in the latter, GAMS uses the solver DICOPT. Examples from the literature are presented in order to compare the results. Commercial softwares as SAP2000 and AutoMetal were used to validate the results obtained by the software GAMS with the values calculed. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2016-08-02T17:09:01Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_vinicius.pdf: 1188979 bytes, checksum: dfd0b027f7accd5d2614f8b2e5746393 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2016-08-02T17:09:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertacao_vinicius.pdf: 1188979 bytes, checksum: dfd0b027f7accd5d2614f8b2e5746393 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T17:09:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_vinicius.pdf: 1188979 bytes, checksum: dfd0b027f7accd5d2614f8b2e5746393 (MD5) Previous issue date: 2016-03-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) / The objective of structural optimization is to obtain economical structures which also satisfy specific performance requirements. It involves the search for optimal values for the design variables in order to minimize, or maximize, some measure of interest modeled via an objective function. Frequently, such problems involve constraints which must be satisfied so that a solution can be considered feasible. In addition, the objective function and/or constraints are often not available as explicit expressions of the design variables, and must be evaluated via a simulator. Hence, the choice of the optimization technique must take into account such features. Differential Evolution can be seen as an interesting choice, since it has been obtaining good results in problems in different fields of study. In this work, the results obtained by different variants of the original DE algorithm, when applied to problems of mass minimization of trusses subject to constraints on their natural vibration frequency, are analysed and compared to those reported in the literature. In view of the practical interest in limiting the number of different values found for the design variables in the final solution, it is also investigated the effect of this cardinality constraint (not addressed in the literature) on the structural mass obtained by the algorithm. / A otimização estrutural visa a obtenção de estruturas econômicas e que satisfaçam aos requisitos de desempenho aplicáveis ao caso. Ela envolve a busca de valores ótimos para as variáveis de projeto, que venham a minimizar, ou maximizar, algum critério de interesse modelado através de uma função objetivo. Frequentemente estes problemas apresentam restrições, as quais devem ser respeitadas para que uma solução seja considerada válida. Além disso, muitas vezes a função objetivo e/ou restrições não estão disponíveis como expressões explícitas das variáveis de projeto, sendo avaliadas através de um simulador. Assim, a escolha da técnica de otimização deve levar em conta tais características. A chamada Evolução Diferencial apresenta-se como uma escolha interessante, uma vez que vem obtendo bons resultados em problemas das mais diversas áreas. Neste trabalho os resultados obtidos por diferentes variantes do algoritmo original, quando aplicadas a problemas de minimização da massa de treliças sujeitas às restrições sobre as frequências naturais de vibração, são analisados e comparados àqueles reportados na literatura. Tendo em vista o interesse prático em limitar o número de diferentes valores encontrados para as variáveis de projeto na solução final, é então analisada a influência da introdução desta restrição de cardinalidade (ainda não reportada na literatura) sobre a massa da estrutura obtida pelo algoritmo ao final do processo.

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-05-03T14:14:27Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 824609 bytes, checksum: 3fd1774255594b6d69f7fe7522aec9a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-05-03T14:14:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 824609 bytes, checksum: 3fd1774255594b6d69f7fe7522aec9a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-03T14:15:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 824609 bytes, checksum: 3fd1774255594b6d69f7fe7522aec9a2 (MD5) Previous issue date: 2017-02-21 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) / The study of bilevel optimization problems arouses particular interest given their ability to represent hierarchical decision structures, but the challenges in their resolution require the development of appropriate computational techniques. This work aims at the solution of a class of bilevel problems where the objective function in the follower agent is linear or quadratic in the follower variables and linear constraints may be present. With the use of the Karush-Kuhn-Tucker conditions, it was verified the possibility of solving the follower level as a linear complementarity problem, giving rise to a nested approach. In this approach, the follower response is obtained by Lemke's algorithm, while the leader level is treated with the differential evolution metaheuristic, in view of its good results and great generality. The proposed technique is submitted to a test-set using instances from the literature, as well as others, proposed in this work, with the intent of validating the use of Lemke's algorithm in the follower level, and study its computational performance. / O estudo do problema de otimização em dois níveis desperta particular interesse dada sua capacidade de representar estruturas hierárquicas de decisão, mas as dificuldades na sua resolução exigem o desenvolvimento de técnicas computacionais adequadas. Este trabalho tem como foco a solução de uma classe de problemas em dois níveis onde a função objetivo do agente seguidor é linear ou quadrática nas variáveis do seguidor e com restrições lineares. Utilizando-se então as condições de Karush-Kuhn-Tucker, verificou-se a possibilidade de resolução do nível do seguidor como um problema de complementaridade linear, dando origem a uma abordagem aninhada. Nesta, a resposta do seguidor é obtida pelo algoritmo de Lemke, enquanto o nível do líder é tratado pela metaheurística evolução diferencial, tendo em vista os bons resultados desta e sua grande generalidade. A técnica proposta é submetida a um conjunto de testes utilizando instâncias da literatura bem como outras, propostas neste trabalho, com o objetivo de validar a utilização do algoritmo de Lemke e estudar seu desempenho computacional.

Os mecanismos flexíveis são dispositivos capazes de transmitir força e movimento através da deformação elástica. Têm grande importância a uma série de aplicações nas quais os mecanismos de corpos rígidos não seriam viáveis, como por exemplo, os sistemas microeletromecânicos. Existem várias maneiras pelas quais os mecanismos flexíveis podem ser projetados, sendo a otimização topológica um método bastante difundido por ser de aplicação sistemática, ou seja, não requer do projetista qualquer ação analítica durante a etapa de projeto. Na maioria dos casos, o método da otimização topológica combina o método dos elementos finitos com um método de programação matemática. Logo, faz-se necessário discretizar a região do espaço na qual o material disponível será distribuído para determinar o mecanismo flexível adequado à aplicação desejada. Freqüentemente, o mecanismo projetado apresenta duas regiões sólidas unidas por um único nó pertencente à malha de elementos finitos. Durante a transmissão do movimento, este nó age como uma dobradiça conectada às duas regiões. Trata-se de um efeito indesejado, pois compromete a modelagem e a fabricação do componente mecânico. Assim, neste trabalho, foram estudadas técnicas destinadas à redução da ocorrência das \"dobradiças\" no projeto de mecanismos flexíveis por otimização topológica. Foi implementado em linguagem C um código que permite projetar mecanismos flexíveis submetidos a um único carregamento ou múltiplos carregamentos (mecanismos multi-flexíveis). Com o objetivo de analisar e explorar outros aspectos da formulação implementada no código, investigou-se também a sua utilização no projeto de estruturas rígidas. Como resultado, é mostrada a influência dos diversos parâmetros de otimização no projeto de mecanismos flexíveis sem dobradiças, permitindo analisar a eficácia da formulação implementada. / Compliant mechanisms are devices capable of transmitting force and displacement through elastic deformation. They are extremely important for a number of applications in which the mechanisms of rigid bodies would not be feasible, such as microelectromechanical systems. There are several ways through which compliant mechanisms can be designed, being topology optimization a highly diffused method because of its systematic application, once, it does not require from the designer any analytical action during the stage of the project. In most cases, topology optimization method combines the finite element method with a mathematical program method. Therefore, it is necessary to discretize the region of the space in which the available material will be distributed to determine the appropriate compliant mechanism for the desired application. However, the mechanism designed often presents two solid regions united by one single node. During movement transmission, this node acts as a hinge connected to both regions. This is an undesired effect, as it compromises the modeling and manufacturing of the mechanical component. Thus, this work covers techniques aiming at reducing the occurrence of hinges in the design of compliant mechanisms through topology optimization. A code in C language was implemented, which allows the design of compliant mechanisms subjected to one single load or multiple loads (multi-compliant mechanisms). With the purpose of analyzing and exploring other aspects of the formulation implemented in the code, its use in the design of rigid structures was also investigated. As a result, the influence of several optimization parameters in the design of compliant mechanisms without hinges is shown. This allows to analyze the efficiency of the formulation implemented.

Muitas vezes encontram-se na Engenharia, estruturas que contenham fluido em seu interior, (estruturas com fluido contido). Uma vez que para determinados casos de carregamento, como por exemplo, carregamento hidrostático, o fluido colabora com a rigidez, pode ser conveniente para o engenheiro considerar a presença deste fluido com o objetivo de se obter uma estrutura mais leve, principalmente nos casos onde a presença do fluido é obrigatória à operação da estrutura. Nesta dissertação, uma metodologia para otimização de estruturas com fluido contido é apresentada. Tal metodologia engloba a otimização de uma estrutura real, utilizando otimização paramétrica (OP) e topológica (OT). A rotina de OT implementada permite projetar estruturas compostas de aço e fluido contido (FC), e considera múltiplos casos de carregamento, peso próprio e a possibilidade de escolha de regiões a serem otimizadas ou não. Para validação da rotina de OT, exemplos clássicos da literatura considerando a presença de um ou dois materiais são apresentados. Para implementar o algoritmo para resolução da OT utiliza-se um programa comercial para a análise de elementos finitos, complementado com uma rotina externa elaborada em linguagem do próprio programa. Isto possibilita agregar a vantagem da utilização de um programa comercial, multidisciplinar, e com um grande número de elementos finitos implementados, com a versatilidade de uma linguagem de programação, permitindo implementar uma solução específica para o problema estudado. Como exemplo, apresenta-se um estudo de caso real, voltado a estruturas navais, apresentando, além da análise da estrutura inicial estudada, uma otimização paramétrica, e uma otimização topológica tridimensional da estrutura. Os resultados alcançados, mostram-se satisfatórios, uma vez que a estrutura obtida no estudo de caso específico apresenta uma redução significativa em seu peso atendendo aos requisitos de projeto. / Several times, it is found in Engineering, structures with fluid inside (contained fluid structures). Since for some load cases, for instance, hydrostatic load, the fluid collaborates with stiffness, it may be convenient for the engineer to take into account this fluid to make the structure lighter, mainly if the presence of fluid is mandatory for operation. In this work, a methodology for contained fluid structures optimization is presented. This methodology includes parametric and topology optimizations of a real structure. Topology optimization routine implemented allows us to design structures made by steel and contained fluid, and includes several load cases, self-weight, and the possibility of choosing areas to optimize or not. To validate the topology optimization routine, classical examples with one or two material are showed. To perform topology optimization procedure, Finite Element Analysis commercial software is applied together with an external routine implemented using the software programming language, this allows us to take advantage of a multidisciplinary commercial software, which has a large number of finite elements implemented, and the versatility of a customized program for the studied problem. As an example, it is showed a real case, within naval structures describing the initial structure analysis and its parametric optimization, and a tridimensional topology optimization. The results obtained are satisfactory, since the final structure obtained has a significant reduction in its weight.

O projeto de um componente mecânico é uma atividade muito complexa, onde muitas vezes se tem restrições de projeto como peso do componente e rigidez máxima, e também restrições de manufatura, associada aos processos de fabricação disponíveis para serem utilizados. É fato conhecido que a Otimização Topológica (OT), apesar de ser um método extremamente eficiente para a obtenção de soluções ótimas, gera soluções com geometrias complexas que são ou muito caras de se fabricar ou infactíveis. A técnica de projeção foi escolhida como adequada para implementar as restrições propostas neste trabalho. Esta técnica resolve o problema posto num domínio de variáveis de projeto e projeta essa solução num domínio de pseudo-densidades, que são a resposta do problema. A relação entre os dois domínios e determinada pela função de projeção e pelo mapeamento das variáveis definidos de forma diferente para cada restrição. Neste trabalho foram implementadas restrições de manufatura para OT de modo a restringir a gama possível de soluções no problema de otimização. Como exemplo foi considerado o problema de maximização de rigidez, com restrição de volume. Todas as implementações foram realizadas em linguagem de programação C, e o algoritmo de otimização utilizado é o critério de optimalidade. Foram implementadas as seguintes restrições de manufatura com a técnica de projeção: membro mínimo, buraco mínimo, simetria, extrusão, é revolução, repetição de padrões, fundição, forjamento, e laminação. Estas restrições mostram a grande capacidade da técnica de projeção para controlar a solução do problema de otimização sem implicar num grande aumento do custo computacional. Os resultados encontrados mostram a potencialidade de utilizar restrições de manufatura na OT, porém estão longe de esgotarem o assunto, nesse tema recente que vem sendo explorado no Método de Otimização Topológica (MOT). / The design of a mechanical component is a very complex task, which includes constraints such as maximum weight and maximum stiffness, and also manufacturing constraints, associated with the manufacturing processes required at the shop floor. It is known that Topology Optimization (TO), despite of being a very effective and powerful method to obtain optimal solutions, generates solutions with complex geometries that are too much expensive to be manufactured or just can not be made. The projection scheme has been chosen as the most appropriate technique for implementing the proposed constraints. This scheme solves the proposed problem in a domain of design variables and then projects these results into a pseudo-density domain to find the solution. The relation between both domains is defined by the projection function and variable mapping defined in a different way for each constraint. In this work, manufacturing constraints for TO are implemented in a way that the possible solutions of the optimization problem are restricted. As an example, the traditional stiffness maximization problem is considered. All implementations have been done using C programming language, and the optimization algorithm applied is the optimality criteria. The following manufacturing constraints have been implemented using the projection scheme: minimal member size, minimal hole size, symmetry, extrusion, revolution, pattern repetition, casting, forging and lamination. These constraints show the large capacity of the projection scheme to control the solution for the optimization without adding a large computational cost. The results that have been found show the great power of using manufacturing constraints in the TO, however, they are far from exhausting this topic that has been recently explored in the Topology Optimization Method (TOM).

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Diversas formas de geração de energia vêm sendo desenvolvidas com o objetivo de oferecer alternativas ecologicamente corretas. Neste contexto, a energia eólica vem se destacando na região Nordeste do Brasil, devido ao grande potencial dos ventos da região. As torres, que representam parcela significativa do custo total do sistema, tendem a crescer buscando ventos mais fortes e permitindo assim a utilização de aerogeradores com maior capacidade de geração de energia. Este trabalho tem como objetivo formular um modelo de otimização de torres tubulares de aço, para aerogeradores eólicos. Busca-se minimizar o volume total (custo, indiretamente), tendo como variáveis de projeto as espessuras da parede da torre. São impostas restrições relativas à frequência natural e ao comportamento estrutural (tensão e deslocamento máximo de acordo com recomendações da norma Europeia). A estrutura da torre é modelada com base no Método dos Elementos Finitos e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre, do conjunto de equipamentos instalados no topo (aerogerador), e o efeito estático da ação do vento sobre a torre. Para verificação das tensões, deslocamentos e frequências naturais, foram utilizados elementos finitos de casca disponíveis na biblioteca do programa de análise ANSYS. Os modelos de otimização foram também implementados no modulo de otimização do programa ANSYS (design optimization), que utiliza técnicas matemáticas em um processo iterativo computadorizado até que um projeto considerado ótimo seja alcançado. Nas aplicações foram usados os métodos de aproximação por subproblemas e o método de primeira ordem. Os resultados obtidos revelam que torres para aerogeradores merecem atenção especial, em relação à concepção do projeto estrutural, sendo que seu desempenho deve ser verificado através de metodologias completas que englobem além das análises clássicas (estáticas e dinâmicas), incluam também as análises de otimização. / Different forms energy generation have been developed with the main goal of offering correct ecological alternatives. In this context, wind energy is highly prominent in the northeast Brazil, due to the potential wind in the region. The towers, which represent a significant portion of the total cost of the system tends to find strong winds and permit them to utilize wind turbines as a medium for the generating energy. This work shows an objective way to formulate an model of towers with steel turbines, for wind generation. The work seeks to minimize the total volume (cost, indirectly) with the wall thickness of the tower as design variables. Natural frequencies and structural behavior (allowable stresses and maximum displacement according to the European code) are the design constraints. The tower structure is modeled using the Finite Element Method and the applied loads are the total weight of the structure (including the tower and the wind turbine installed on the top) and the static effect of the wind on the tower. To determine the stresses, displacements and natural frequencies shell elements available in the ANSYS analysis program were used. Optimization models were also implemented using the ANSYS design optimization modulus which uses mathematical programming techniques to find the optimum structure. The first order and sub problem methods were used in the developed applications. The obtained results show that the towers for wind generators deserve special attention related to the conception of the structural project. Its performance has to be verified by a complete methodology that embodies the classical analysis (static and dynamics) and also the optimization analysis.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:25:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gilberto Paulo Wappler.pdf: 3228907 bytes, checksum: b89445d7a190e66455c34f9382fb8d2f (MD5) Previous issue date: 2014-12-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work has the objective of implementing a structural optimization procedure in order to adjust the natural frequency of electric motors. This is accomplished by modifying some flange dimensions, which is the part connecting the motor to the system being driven. The implemented optimization algorithm is the PSO (Particle Swarm Optimization), which proved to be appropriate for the type of problem considered (non convex and with few design variables). The optimization formulation aims to get a motor/flange whose first natural frequency is equal to a specified value while observing the criterion of Rankine for brittle materials. Both the modal analysis and evaluation of the principal stresses are performed by a commercial finite element code. Due to the large computational cost associated to the combined use of PSO with an external finite element program, it is studied an approximation by least squares of the natural frequency and of the principal stresses. This procedure is effective and extremely efficient. Examples of flange designs obtained using the proposed formulation are presented and discussed, showing the validity of the procedure adopted. / Este trabalho tem como objetivo implementar um procedimento de otimização estrutural aplicado ao ajuste da frequência natural de motores elétricos. Isto é realizado pela modificação de algumas dimensões do flange, elemento de ligação entre o motor e o sistema que está sendo acionado. O algoritmo de otimização implementado é o PSO (Otimização por enxame de partículas), que se mostrou adequado ao tipo de problema considerado (não convexo e com poucas variáveis de projeto). A formulação de otimização tem como objetivo obter um conjunto motor/flange cuja primeira frequência natural seja igual a um valor estipulado, respeitando o critério de Rankine para materiais frágeis. A análise modal e de tensões é realizada por um programa comercial de elementos finitos. Devido ao grande custo computacional associado ao uso conjunto do PSO com um programa externo de elementos finitos, é estudada uma aproximação por mínimos quadrados da frequência natural e das tensões principais. Este procedimento se mostrou eficaz e extremamente eficiente. Exemplos de projetos de flange obtidos com o uso da formulação proposta são apresentados e discutidos, mostrando a validade do procedimento adotado.