Método de otimização topológica aplicado a escoamentos incompressíveis integrando o método de elementos finitos (MEF) multiescala estabilizado

dc.contributor.advisor1Saenz, Juan Sergio Romero
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5239907504083223
dc.contributor.authorSantos, Jardel Pereira dos
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0009-0687-0166
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6551268489076133
dc.contributor.referee1Nascimento, Edilson Luiz do
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7888526444943028
dc.contributor.referee2Menandro, Fernando César Meira
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-9336-4991
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0005425579105867
dc.date.accessioned2024-05-30T01:42:08Z
dc.date.available2024-05-30T01:42:08Z
dc.date.issued2023-02-28
dc.description.abstractFlow machines, over the years, have played a significant role in industrial activity, contributing positively to the development of humanity. As a result, studies focused on the field of fluid mechanics have been increasingly explored in order to contribute to the development of new technologies in the field of engineering. The objective of this work is to employ topological optimization in incompressible flows, using as an aid the implementation of the multiscale variational method capable of providing a stabilized finite element formulation for the NavierStokes equation, to seek the best material distribution along the fixed domain of project. The initial step takes place through the calculation of all flow conditions from the equations of the Navier-Stokes equations, and then the finite element method performs the approximation of the differential equations. The interest in combining the stabilized multiscale variational finite element method with the topological optimization method is to be able to provide a stable finite element structure. Then, the topological optimization process is started, in this work, using as objective the minimization of head loss in a predefined domain in which a material model is used in a porous medium. In this process, a method based on the objective function gradient is used to define the sensitivity analysis. As a way of attesting the topological optimization, combined with the stabilized multiscale variational method proposed in this work, the application of topological optimization is performed in some geometries already known in the literature. The optimization results performed in this project presented results very close to those in the literature. In general, the device optimization project, by combining the MOT with the multiscale finite element method, proved to be usable in the proposed project.
dc.description.resumoAs máquinas de fluxo ao longo dos anos apresentaram papel significativo na atividade industrial, colaborando de forma positiva para o desenvolvimento da humanidade. Com isso, estudos voltados ao campo da mecânica dos fluidos vêm sendo cada vez mais explorados com o intuito de contribuir para desenvolver novas tecnologias no ramo de engenharia. O objetivo deste trabalho é empregar o Método de Otimização Topológica (MOT) em escoamentos incompressíveis, utilizando a implementação do método variacional multiescala, capaz de fornecer uma formulação de elementos finitos estabilizada para a equação de Navier-Stokes, visando buscar a melhor distribuição de material ao longo do domínio fixo de projeto. A etapa inicial foi realizada por meio do cálculo de todas as condições de escoamento a partir das equações de Navier-Stokes, e então, com o método de elementos finitos, procedeu-se à aproximação das equações diferenciais. O interesse em combinar o método de elementos finitos estabilizado multiescala variacional com o método de otimização topológica consistiu em poder fornecer uma estrutura de elementos finitos. Em seguida, o processo de otimização topológica foi iniciado neste trabalho, utilizando-se como objetivo a minimização da perda de carga em um domínio predefinido, no qual é empregado um modelo material em um meio poroso. Nesse processo, um método baseado no gradiente da função-objetivo é utilizado para definir a análise de sensibilidade. Como forma de atestar a otimização topológica, combinando-se com o método variacional estabilizado multiescala proposto neste trabalho, foi realizada a aplicação da otimização topológica em algumas geometrias já conhecidas na literatura. Os resultados de otimização obtidos neste projeto se apresentaram muitos próximos aos da literatura. De forma geral, a empregabilidade do projeto de otimização de dispositivos pela combinação do MOT com método de elementos finitos multiescala mostrou se viável no projeto proposto.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/17023
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectMétodo de Otimização Topológica
dc.subjectMétodo de Elementos Finitos
dc.subjectMultiescala
dc.subjectEquações de Navier-Stokes
dc.subjectEscoamento incompressível
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleMétodo de otimização topológica aplicado a escoamentos incompressíveis integrando o método de elementos finitos (MEF) multiescala estabilizado
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis

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