Automatización de un programa de optimización topológica de un elemento tridimensional a escala mesoscópica

Abstract

[ES] En los últimos años, el uso de técnicas de optimización topológica ha tomado gran importancia en el sector industrial, especialmente en ámbitos como el aeronáutico, donde la reducción de peso cobra mucha importancia. Si bien la aplicación de optimización topológica está cada vez más extendida a nivel macroscópico, su aplicación a escala mesoscópica es todavía un punto en el que profundizar, dada la falta de investigación al respecto. En el Instituto de Ingeniería Mecánica y Biomecánica (I2MB) se está desarrollando un software de optimización topológica de dos niveles (macro y meso) para el que se requiere un proceso de optimización rápido y eficiente en la escala mesoscópica. Así, en este trabajo se va a desarrollar un programa que automatizará el proceso de optimización topológica en escala mesoscópica en un elemento tridimensional, considerando una serie de fuerzas impuestas en los nodos del elemento macroscópico.

[CA] En els ´ultims anys, l’´us de t`ecniques d’optimitzaci´o topol`ogica ha pres gran import`ancia en el sector industrial, especialment en `ambits com l’aeron`autic, on la reducci´o de pes cobra molta import`ancia al permetre reduir costos associats a la fabricaci´o i explotaci´o de components. En l’actualitat, l’aplicaci´o de processos d’optimitzaci´o topol`ogica es troba altament integrada en l’`ambit industrial, tot i que es fa necess`aria l’aprofundiment en els aspectes t`ecnics que permetin maximitzar el seu rendiment. Es per aix`o que es planteja l’aplicaci´o ´ d’optimitzaci´o topol`ogica en dos nivells - macrosc`opic i mesosc`opic - abordant-los des d’un enfocament multiescala, en el qual es requereix un proc´es r`apid i eficient en l’escala mesosc`opica. Tenint en compte aix`o, el present Treball de Fi de M`aster es centra en l’automatitzaci´o del proc´es d’optimitzaci´o topol`ogica en escala mesosc`opica d’una celda tridimensional, a partir de les forces imposades en els nodes de l’element macrosc`opic. Per aix`o, ha estat necess`aria la resoluci´o del cas de c`arrega a nivell macrosc`opic i, a continuaci´o, s’ha emprat la informaci´o obtinguda de l’an`alisi de tensions per a la definici´o d’un problema local a escala mesosc`opica.

[EN]In recent years, the use of topology optimization techniques has gained great importance in the industrial sector, especially in areas such as aeronautics, where weight reduction becomes very important because of its effect on the reduction of costs associated with the manufacture and exploitation of components. Currently, the application of topology optimization processes is highly integrated in the industrial field, although it is necessary to deepen the technical aspects to maximize its performance. That is why the application of topology optimization is proposed at two levels - macroscopic and mesoscopic - addresing them from a multiscale approach, in which a fast and efficient process is required on the mesoscopic scale. Bearing this in mind, this Master’s Thesis focuses on the automation of the topology optimization process on a mesoscopic scale of a three-dimensional cell, based on the forces imposed on the nodes of the macroscopic element. To do so, it was necessary to resolve the load case at the macroscopic level. Then, the information obtained from the stress analysis was used to define a local problem on a mesoscopic scale.