Dissertação

Efficient Structural Optimization of Aircraft Wings EVALUATED

Actualmente, os métodos de gradiente constituem uma das ferramentas mais utilizadas na optimização multidisciplinar de aeronaves. No entanto, estes métodos necessitam de calcular a sensibilidade das funções de interesse em relação às variáveis de projecto, constituindo uma das etapas de maior exigência computacional no processo de optimização, uma vez que estas são frequentemente obtidas por métodos de aproximação altamente dependentes da dimensão do problema. Assim, este trabalho tem como objectivo desenvolver uma ferramenta de optimização eficiente, para uma fase preliminar do projecto de uma asa, com a utilização da informação exacta do gradiente. Primeiramente, é realizado um levantamento dos vários métodos de análise de sensibilidade existentes com exemplos de aplicação ao projecto de vigas modeladas com elementos finitos. Posteriormente, uma ferramenta para a representação estrutural de uma asa tridimensional é adaptada em três blocos com o desenvolvimento dos respectivos módulos para o cálculo das sensibilidades, utilizando os métodos de diferenciação automática, derivação simbólica e adjunto. Um estudo paramétrico é apresentado com base numa asa de referência e as sensibilidades totais são calculadas com a ferramenta desenvolvida e verificadas com o método das diferenças finitas. Por fim, são apresentados exemplos de optimização estrutural partindo do caso de referência. O objectivo de minimização da massa total da asa é alcançado, sendo notável o aumento da eficiência no processo de optimização com a utilização da ferramenta desenvolvida, traduzido pela redução dos tempos de computação para, aproximadamente, metade e um terço, quando comparados com os métodos das diferenças finitas progressivas e centradas, respectivamente.
optimização estrutural, métodos de gradiente, análise de sensibilidade, método adjunto, diferenciação automática, método dos elementos finitos.

Fevereiro 21, 2017, 14:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

André Calado Marta

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar