ANÁLISE CRÍTICA DOS RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA OBTIDOS NO PROGRAMA COMERCIAL: ALTAIR INSPIRE

INTRODUÇÃO: A otimização topológica (OT) aplicada na área estrutural é uma técnica de engenharia usada para determinar a melhor distribuição de material dentro de um domínio de projeto, visando maximizar ou minimizar certas características de desempenho, como rigidez, resistência ou peso, enquanto atende-se um conjunto de restrições e condições de contorno específicas. No contexto de aplicação do método, o domínio de projeto é o espaço onde a estrutura será projetada usando as propriedades mecânicas de um material pré-definido, e que contém as condições de contorno (restrições de deslocamento e cargas aplicadas) impostas nas regiões da fronteira deste domínio. A OT é amplamente utilizada para criar peças e componentes mecânicos leves e eficientes, aplicáveis em diversas indústrias, como aeroespacial, automotiva, construção civil e biomédica. Esse processo utiliza métodos computacionais que se baseiam particularmente no método dos elementos finitos (MEF), onde a peça é esculpida a partir de um bloco de material, distribuindo o material de forma ótima para resolver o problema de otimização. A solução deste problema obtém projetos mais leves e eficientes, economizando material e custos de produção; além de reduzir o impacto ambiental. Em outras palavras, o uso da técnica de OT oferece melhor desempenho das peças, maior durabilidade, redução do tempo de desenvolvimento e aumento da competitividade no mercado, promovendo a sustentabilidade e liberdade de criação ao explorar inúmeras configurações possíveis para encontrar a melhor solução do projeto. OBJETIVOS: Esse estudo vai investigar o uso do software comercial de otimização topológica chamado Altair InspireTM, cujo principal objetivo é avaliar suas limitações e possibilidades especialmente em problemas para maximizar a rigidez estrutural. Os objetivos específicos incluem entender conceitos fundamentais da otimização topológica, desenvolver habilidades práticas para resolver problemas de engenharia, ajustar os parâmetros de simulação computacional e interpretar e analisar os resultados obtidos. MATERIAIS E MÉTODO: O estudo começa com uma revisão bibliográfica sobre otimização topológica e os conceitos fundamentais do tema. Em seguida, foi analisada a documentação disponível do software InspireTM (tutoriais) para a familiarização com a ferramenta, além da realização de treinamentos do software. Também, foi abordado o método dos elementos finitos que, além de essencial para a otimização topológica, permite uma avaliação detalhada do comportamento estrutural das peças sob diferentes condições de contorno. Através do MEF, é possível verificar numericamente que os resultados da otimização atendem os requisitos de rigidez, peso e eficiência de material. RESULTADOS: Para a geração dos resultados das otimizações realizadas, o estudo foi dividido em duas partes: i) primeiramente foram construídos exemplos acadêmicos, em 2D, com o propósito de verificar/comparar as soluções obtidas no InspireTM com as soluções existentes na literatura e, ii) elaboração de problemas reais de engenharia, em 3D, como o pedal de freio do carro fórmula SAE construído pela equipe PUCPR Racing, cujo projeto foi manufaturado através do processo de fundição. CONSIDERAÇÕES FINAIS: Os objetivos de aprendizado em OT e a habilidade prática de uso do software foram satisfatórios, apesar de algumas limitações detectadas do software.

PALAVRAS-CHAVE: 1. Otimização Topológica; 2. Software Inspire; 3. Rigidez; 4. Análise estrutural.