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Título: Uma abordagem para otimização de estruturas tipo honeycomb para aplicação automotiva considerando simultaneamente impactos no plano e fora do plano
Título(s) alternativo(s): An approach for optimizing honeycomb-type structures for automotive application considering simultaneously in-plane and out-of-plane impacts
Autor(es): Frose, Luciano Rafael
Orientador(es): Luersen, Marco Antônio
Palavras-chave: Estruturas em favo de mel
Automóveis - Acidentes de trânsito
Otimização estrutural
Colisões (Física)
Automóveis - Dinâmica - Testes de impacto
Honeycomb structures
Automobiles - Traffic accidents
Structural optimization
Collisions (Physics)
Automobiles - Dynamics - Impact testing
Data do documento: 11-Dez-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: FROSE, Luciano Rafael. Uma abordagem para otimização de estruturas tipo honeycomb para aplicação automotiva considerando simultaneamente impactos no plano e fora do plano. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: Devido às suas características mecânicas, estruturas do tipo honeycomb são amplamente empregadas na absorção de energia impacto. Uma área de aplicação é o ramo automotivo, onde podem ser aplicadas para aumentar a segurança veicular dos passageiros em uma situação de colisão. Essas estruturas podem ter seu formato otimizado para uma determinada carga e aplicação. A maioria dos estudos encontrados na bibliografia na atualidade realiza a otimização da estrutura quando submetida a um impacto em uma das direções, negligenciando carregamentos em outras direções. O presente trabalho tem por objetivo propor um método para otimizar estruturas do tipo honeycomb considerando duas direções de impacto. Essa proposta visa garantir uma estrutura que seja capaz de absorver impacto em uma direção qualquer, dado que em acidentes veiculares não é possível prever a direção que a colisão irá ocorrer. A metodologia proposta busca obter uma geometria ótima em uma situação de teste separada de sua aplicação final. Para evitar o alto custo computacional de uma otimização direta o trabalho faz uso da metamodelagem. O software Abaqus é utilizado para simulação utilizando método de elementos finitos. Tal modelo é acoplado junto ao software de otimização optiSlang que auxilia na criação do metamodelo e subsequente otimização. Foi considerada uma geometria ótima aquela que possui maior energia específica absorvida de impacto em ambas as direções e com menor força máxima de impacto. Após a obtenção de uma geometria ótima, essa é utilizada de base para criação da geometria final adicionada ao sistema veicular. A aplicação avaliada é um reforço de para-choque veicular para redução do pico de desaceleração no instante do acidente. Foi possível confirmar que a geometria de honeycomb do tipo auxética (reentrante) possui um desempenho melhor do que honeycombs regulares.
Abstract: Due to its mechanical characteristics, honeycomb-type structures are widely employed in absorbing impact energy. One application area is the automotive industry, where they can be utilized to enhance passenger vehicle safety in collision situations. These structures can have their shape optimized for a specific load and application. Most studies found in the literature currently optimize the structure when subjected to impact in one direction, neglecting loadings in other directions. The present work aims to propose a method for optimizing honeycomb-type structures considering two impact directions. This proposal seeks to ensure a structure capable of absorbing impact in any direction, given that in vehicular accidents, it is not possible to predict the direction of the collision. The proposed methodology aims to obtain an optimal geometry in a test situation separate from its final application. To avoid the high computational cost of direct optimization, the work employs metamodeling. The Abaqus software is used for simulation using the finite element method. This model is coupled with the optiSlang optimization software, which assists in creating the metamodel and subsequent optimization. An optimal geometry is considered one that has the highest specific energy absorbed from impact in both directions and with the lowest maximum impact force. After obtaining an optimal geometry, it is used as a basis for creating the final geometry added to the vehicular system. The evaluated application is a reinforcement for a vehicular bumper to reduce the peak deceleration at the moment of impact. It was possible to confirm that the auxetic honeycomb geometry performs better than regular honeycombs.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33534
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