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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2002.tde-08082003-111039
Document
Author
Full name
Cicero Ribeiro de Lima
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2002
Supervisor
Committee
Silva, Emilio Carlos Nelli (President)
Adamowski, Julio Cezar
Bucalem, Miguel Luiz
Title in Portuguese
Projeto de mecanismos flexíveis usando o método de otimização topológica.
Keywords in Portuguese
elementos finitos
mecanismos flexíveis
MEMS
microeletromecanismos
otimização topológica
Abstract in Portuguese
Mecanismos flexíveis são mecanismos onde o movimento é dado pela flexibilidade da estrutura ao invés da presença de juntas e pinos. Tem grande aplicação em dispositivos de mecânica de precisão, área biomédica, e mais recentemente na construção de microeletromecanismos (“MEMS” em inglês). Várias técnicas são usadas no projeto de mecanismos flexíveis, sendo que entre elas, a Otimização Topológica tem se mostrado a mais genérica e sistemática. O método de Otimização Topológica combina um método de otimização com o método dos elementos finitos (MEF). A utilização da Otimização Topológica permite que um engenheiro ou cientista projete o mecanismo para a sua aplicação específica sem precisar adquirir conhecimentos específicos sobre estruturas e mecanismos flexíveis. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é aplicar o método de Otimização Topológica no projeto de mecanismos flexíveis, usando o modelo de material SIMP (método de densidades). O projeto é definido como sendo um problema de otimização de uma estrutura flexível, sujeito à restrição na quantidade de material, onde a função objetivo é maximizar o deslocamento numa dada região do domínio da estrutura quando submetida a um dado carregamento em outra região. Para ilustrar a implementação do método são apresentados resultados de topologias bidimensionais de mecanismos flexíveis.
Title in English
Design of compliant mechanisms using topology optimization method.
Keywords in English
compliant mechanisms
finite element
MEMS
microelectromechanisms
topology optimization
Abstract in English
Compliant Mechanisms consist of mechanisms where the movement is giving by the structural flexibility rather than the presence of joints and pins. They are applied to precision mechanic devices, biomedical field, and more recently to the design of microelectromechanical systems (MEMS). Many techniques has been applied to design compliant mechanisms. Among them, topology optimization method is a generic and systematic method. Topology optimization combines optimization algorithms with finite element method and allows an engineer or a scientist to design a compliant mechanism for its application without having to acquire specific knowledge about structures or compliant mechanisms. Therefore, the objective of this work is to apply topology optimization to design compliant mechanisms. The topology optimization method implemented is based on the SIMP material model. The design is defined as the optimization problem of a flexible structure, subject to an amount of material constraint, where the objective function is to maximize the output displacement in a certain region of the structure domain due to an applied load to other region. To illustrate the implementation of the method, two-dimensional topologies of compliant mechanisms are presented as a result.
 
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TDE-111039.pdf (3.25 Mbytes)
Publishing Date
2003-08-28
 
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