<b>Influence of damping ratio on a structural optimization design considering a dynamic analysis within the time domain

Debora Francisco Lalo; Mateus Oliveira Silva; Marcelo Greco

doi:10.4025/actascitechnol.v40i1.30593

Debora Francisco Lalo Universidade Federal de Minas Gerais
Mateus Oliveira Silva Universidade Federal de Minas Gerais
Marcelo Greco Universidade Federal de Minas Gerais

DOI: https://doi.org/10.4025/actascitechnol.v40i1.30593

Keywords: evolutionary structural optimization, dynamic response, damping, finite element method.

Abstract

Structural optimization has received increasing attention in several different areas of engineering and has been identified as the most challenging and economically rewarding task in the field of structural design. In this context, the current paper proposes a methodology based on Evolutionary Structural Optimization (ESO) that corresponds to an evolutionary procedure applied for topological optimization in which the finite elements with the lowest stress levels are progressively removed from a structure. The optimization studies are applied for structures subjected to a transient dynamic response where different damping ratios are applied in the physical models, since its determination is extremely hard and can even change the structural stiffness in case of elastoplastic regime. Thus, a nonlinear behavior is considered to evaluate the effects for each damping ratio, and elastoplasticity theory for small strains is extended for a von Mises material with linear, isotropic work-hardening. For this purpose it is possible to evaluate a combination of different optimal topologies for the different damping ratios through an algorithm developed in the Python programming language. The stress levels present such a difference for each linear and nonlinear response, which characterizes a marked change in the structural stiffness of each analyzed model.

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Author Biographies

Debora Francisco Lalo, Universidade Federal de Minas Gerais

Engenheira Mecânica formada pelo Centro Universitário da FEI. Mestre em Engenharia de Estruturas, com ênfase em simulação computacional e otimização de projetos estruturais pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Desde 2008 atua como Engenheira de Produto, com experiência em análise estrutural via método dos elementos finitos, extensometria, desenvolvimento de produto e gestão de processos produtivos. Possui treinamento e certificação Green Belt (Metodologia 6-sigma). Certificação pelo CREA e Instituto de Engenharia por Reconhecimento de "Mérito Acadêmico" devido ao melhor desempenho durante o curso de graduação. Premiação SAE com Indicação realizada pela Ford Brasil por se destacar na área de engenharia, conquistando o Premio Jovem engenheiro 2012.

Mateus Oliveira Silva, Universidade Federal de Minas Gerais

Mateus Oliveira Silva, é graduando em Engenharia Aeroespacial na Universidade Federal de Minas Gerais e é bolsista de iniciação científica do CNPq. Por meio do Ciência sem Fronteiras foi membro de um projeto educacional patrocinado pela Nasa (Agência Espacial Americana ) e fez estágio acadêmico na Universidade de Harvard.

Marcelo Greco, Universidade Federal de Minas Gerais

Trabalha como Professor Associado na Universidade Federal de Minas Gerais, vinculado ao Departamento de Engenharia de Estruturas. Tem experiência nas áreas de Engenharia Civil e Mecânica, com ênfase em Estruturas, atuando principalmente nos seguintes temas: Métodos Numéricos, Análise Não Linear, Dinâmica das Estruturas, Mecânica dos Sólidos e Análise Estrutural. Atua como revisor de periódicos nacionais e internacionais desde o ano de 2007, já tendo revisado 33 artigos científicos. Atua ainda como consultor Ad Hoc do CNPq (desde 2008 com 8 pareceres emitidos) e da CAPES (desde 2012 com 2 pareceres emitidos)