Aplicación de optimización topológica en estructuras sometidas a cargas termo-mecánicas: usando el método Beso

Abstract

La optimización estructural topológica es una herramienta aplicada ampliamente en muchos campos de la ingeniería actuales, teniendo una consolidación en el medio académico e industrial. En muchos casos prácticos las cargas térmicas y mecánicas ocurren simultáneamente en las estructuras. En estas situaciones, la aplicación de los métodos de optimización estructural debería contemplar tanto los requisitos mecánicos, como los requisitos térmicos. De esta manera, un abordaje multi-físico necesita ser desarrollado para la solución de esta clase de problemas. El presente trabajo está dedicado al estudio de la aplicación del método de optimización topológica denominado BESO (BESO - Bi-directional Evolutionary Structural Optimization) a sistemas multi-físicos considerando inicialmente las cargas termo-mecánicas como fuerzas de cuerpo o fuerzas dependientes del diseño. Inicialmente se considera un campo térmico previamente conocido, en el cual toda la estructura se encuentra sometida a una variación de temperatura uniforme e invariante. Luego, el problema de conducción de calor es analizado. Este trabajo fue organizado y sistematizado en seis capítulos que tratan de ilustrar las definiciones principales, los procedimientos validados y los resultados obtenidos en esta tesis. En el primer capítulo, se detallan los conceptos de optimización estructural, así como la motivación del tema abordado en este trabajo y los objetivos a ser alcanzados a lo largo de esta tesis. En el segundo capítulo, se presenta el método ESO y algunos aspectos computacionales de la implementación de las metodologías presentadas en este trabajo. El tercer capítulo detalla el método BESO para el criterio de rigidez, así como el problema del tablero de ajedrez y el filtro de supresión de este problema, también se ilustra el procedimiento de implementación del método y su validación. El capítulo cuatro, presenta la metodología BESO aplicada a estructuras sometidas a cargas termo-mecánicas dependientes del diseño provocadas por variaciones de temperatura. La optimización de estas estructuras presenta ciertos desafíos que son discutidos en ese capítulo. El capítulo cinco presenta los resultados obtenidos usando la metodología pre-sentada e implementada en este trabajo, obteniendo topologías que cumplen con los objetivos do proceso de optimización. Finalmente se presenta las conclusiones y recomendaciones de continuidad de este trabajo.