Otimização multiobjetivo do arranjo de um painel estrutural submetido a pressão uniforme, utilizando o método dos elementos finitos

Abstract

O mercado de embarcações navais está cada vez mais competitivo. Esta disputa instiga engenheiros à busca de processos eficientes no corte de custos. O uso de técnicas de otimização vem se mostrando uma poderosa estratégia no processo de tomada de decisão. Nesse contexto, propõe-se a aplicação de técnicas de otimização ao projeto da unidade básica que compõe a estrutura de um navio, o painel estrutural. O objetivo é um projeto eficiente, resultando em melhor aproveitamento dos materiais e dos processos de fabricação. O painel estrutural corresponde a uma porção continua de chapa reforçada por perfis ortogonais. A otimização da eficiência passa pela determinação de diversas variáveis de decisão, como espessura de chapa e geometria e espaçamentos dos reforçadores. A análise estrutural considerou o painel com extremidades engastadas e apoiadas, submetido a uma pressão uniforme. A determinação do campo de tensões da estrutura empregou o Método dos Elementos Finitos, com elementos de casca e viga, utilizando o Ansys Workbench. Por fim utilizou-se o algoritmo genético NSGA-II para buscar a topologia ótima da estrutura. Foram realizadas diferentes abordagens de otimização, buscando a minimização da massa, tensão e comprimento de solda. A verificação do tamanho da população inicial (DOE), mostrou que uma população correspondendo a 5% do máximo de análises permitidas, resultou na Fronteira de Pareto dominante e com maior número de indivíduos ótimos. Os indivíduos de Pareto apresentam uma tendência de possuírem 2 reforçadores pesados longitudinais. Foi verificado que vários indivíduos ótimos possuem um comprimento mínimo comum com diferentes massas estruturais.