[pt] OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA PARA PROBLEMAS DE CONDUÇÃO DE CALOR USANDO ELEMENTOS FINITOS POLIGONAIS

[en] TOPOLOGY OPTIMIZATION FOR HEAT CONDUCTION PROBLEMS USING POLYGONAL FINITE ELEMENTS

[pt] DIEGO CUITINO MANSO

[pt] OTIMIZACAO TOPOLOGICA

[pt] CODIGO MATLAB

[pt] CONDUCAO DE CALOR

[en] TOPOLOGY OPTIMIZATION

[en] MATLAB CODE

[en] HEAT CONDUCTION

[pt] Esse trabalho visa a realização de simulações em algoritmos de MATLAB para a otimização topológica de problemas de condução de calor, tendo como meta replicar as tradicionais topologias ramificadas conhecidas na literatura por serem os caminhos condutivos ótimos na condução de calor 2D. Em primeiro momento se discute o algoritmo educacional compacto de 99 linhas de Ole Sigmund, conhecido como ponto de acesso à otimização topológica estrutural em malha estrutura, e em seguida se adapta o código para a otimização topológica da condução de calor em meio isotrópico e homogêneo. Para ilustrar o funcionamento do algoritmo, diferentes otimizações foram simuladas ao se variar os parâmetros passados na chamada da função, variando do número de elementos ao tamanho do filtro. Aplicações gerais e as limitações desse código compacto são discutidas para então seguir com a extensão do estudo em malhas não estruturadas arbitrárias com elementos finitos poligonais. Foram adotadas mudanças ao já conhecido e validado código PolyTop de Talischi et al., rotina em código MATLAB para otimização topológica estrutural que inclui uma rotina de elementos finitos baseada em elementos poligonais isoparamétricos, para também adequá-la a condução de calor. A partir da geração de um novo domínio de projeto, foi simulado diferentes condições iniciais para se comparar com os resultados obtidos com o código adaptado de 99 linhas de Sigmund e com a literatura.

[en] This work is focused on topology optimization of heat transfer in two dimensional problems (2D). Its aim was to perform simulations on different MATLAB routines for the topological optimization of pure heat conduction, trying to emulate the traditional tree-like optimized conductive pathway commonly seen in literature. Firstly, we discuss the 99-line educational algorithm created by Ole Sigmund and known till this day as the access point for the learning and implementing of topology optimization for compliance minimization of statically loaded structures. Afterwards, this script was altered to adapt it to topology optimization for heat conduction in isotropic and homogeneous domains. To further illustrate the algorithm s functioning, different optimizations were conducted by altering specific parameters, such as the total number of mesh elements and the filter s size. General applications and limitations of this method were discussed. To conclude the work, PolyTop, an efficient MATLAB code for structural topology optimization using unstructured meshes with polygonal finite elements were introduced and discussed, followed by its alteration for single physics topology optimization of heat transfer. Also, as part of the validation process, different initial conditions were simulated and resulting optimized branched structures compared with topologies obtained with Sigmund s adapted 99-line.

ANDERSON PEREIRA

2017-09-20

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=31497@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.31497