STRUCTURAL TOPOLOGY OPTIMIZATION APPLIED IN MECHANICAL ENGINEERING
OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA ESTRUCTURAL APLICADA EN INGENIERÍA MECÁNICA
OPTIMISATION TOPOLOGIQUE STRUCTURELLE APPLIQUÉE EN INGÉNIERIE MÉCANIQUE
Résumé
The teaching of design in mechanical engineering has been transcended from the use of computer simulation, to verify designs made without the need to manufacture them. Structural topology optimization uses finite element methods and mathematical programming to find the best distribution of material in a working domain, according to an objective function such as maximizing stiffness or minimizing the mass of a component; This work seeks to expose and compare different tools found in the literature to perform topology optimization and also seeks to provide mechanical engineering students with a tool to make better designs of their parts. The development of the present work begins with the description of the topology optimization process, its parts and methods of solution, in addition to contrasting different codes in the literature that perform topology optimization, to be used in the teaching-learning process, where the student modifies lines of code and better understand the behavior of the optimization process. Finally, taking advantage of some advanced manufacturing methods such as rapid prototyping will be built models of complex geometry, such as those obtained by topology optimization.. Keywords—Computational mechanics, topology optimization, finite element method, weight reduction.
La enseñanza del diseño en ingeniería mecánica, ha sido trascendida desde el uso de la simulación computacional, para verificar diseños realizados sin necesidad de fabricarlos. La optimización topológica estructural usa el métodos de los elementos finitos y programación matemática para buscar la mejor distribución de material en un dominio de trabajo, de acuerdo a una función objetivo como puede ser la de maximizar la rigidez o minimizar la masa de un componente teniendo en cuenta los esfuerzos que soporta; este trabajo busca exponer y comparar diferentes herramientas que se encuentran en la literatura para realizar optimización topológica y con ello brindar una ayuda al estudiante de ingeniería mecánica, con la cual apoyarse mediante la simulación computacional y realizar mejores diseños, el desarrollo del presente trabajo comienza con la descripción del proceso de optimización topológica, sus partes y métodos de solución, además se contrastan diferentes códigos existentes en la literatura que realizan optimización topológica, para utilizar en el proceso de enseñanza aprendizaje, en donde el estudiante modifique líneas de código y comprenda mejor el comportamiento del proceso de optimización. Finalmente, aprovechando algunos métodos de fabricación avanzada como el prototipado rápido se construirán modelos de geometría compleja, como los obtenidos por optimización topológica. Palabras clave— Mecánica computacional, optimización topológica, método de los elementos finitos, reducción de peso
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