Integração de optimização topológica em desenvolvimento de produto

Abstract

O processo de otimização topológica consiste em obter o melhor domínio para uma determinada geometria tendo como finalidade a sua função objetivo, estando por sua vez limitada por restrições estabelecidas a priori. Noutra vertente existe a temática de desenvolvimento de produto, que, como o próprio nome indica, consiste no desenvolvimento de novos produtos ou no aperfeiçoamento de outros já existentes. O processo de desenvolvimento de produto tem como um dos objetivos gerar peças que satisfaçam os interesses impostos pelo cliente. Estes podem ser o tipo processo de fabrico que produzirá a peça, ou determinadas restrições a que a peça final tem que obedecer, como por exemplo a força máxima exercida ou o deslocamento máximo. Neste sentido, o processo de otimização topológica pode intervir no processo de desenvolvimento, determinando a distribuição ótima de material para uma geometria final. Contudo, o processo de otimização topológica, apesar de garantir uma geometria ótima, pode ter resultados não viáveis ao nível dos processos de fabrico. Com o intuito de gerar uma geometria viável são adotadas algumas técnicas de tratamento de resultados, destacando-se a implementação de ltros durante o processo de otimização e o recurso a técnicas de pósprocessamento sobre a geometria gerada. Dentro das técnicas utilizadas, existem casos de parametrização do problema, nos quais são aplicadas restri ções relacionadas com os processos de fabrico. Nesta dissertação será estudado como é que dois programas, HyperWorks e Inventor, executam todo o processo de otimização topológica, desde o pré-processamento até à peça nal, tendo como foco o que é que cada um permite manipular a nível de parâmetros, quais são as ferramentas dispon íveis para pós-processamento, assim como o estudo sobre a utilização de restrições de fabrico no próprio processo de otimização.

The process of topology optimization consists in obtaining the best geometry within a given domain, according to an objective function. In turn, this domain is restricted by a set of rules and restrictions. This has implications on another this topic, which is product development, both on the development of new products and on the revision of existing ones. One of the goals of product development is generating products that satisfy the demands set by clients, while compatible with fabrication processes, and satisfying requirements of the final product such as the maximum load applied or the maximum displacement. In this way topology optimization can intervene in the development process determining the optimal material distribution of the final geometry. This process, although efficient at guarantying an optimal geometry, may not be viable when it comes to fabrication. So, in order to generate better results which need to be viable for manufacturing, several techniques can be applied, such as the implementation of filters or parameter control during optimization, and the use of post-processing techniques over the generated geometry. Of the techniques used there are also cases in which restrictions related to manufacturing process are applied within problem parametrization and post-processing. This document will explore how two programs, HyperWorks and Inventor, execute the topology optimization process from the pre-processing until the final product, focusing in what each one allows in terms of manipulating the parameters, what tools exist for post-processing,and study the use of manufacturing restrictions within the optimization.