IMEF – Doutorado em Modelagem Computacional
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Resultados da Pesquisa
- ItemOtimização geométrica de cavidades resfriadoras através da aplicação da teoria construtal e inteligência computacional(2020) Gonzales, Gill Velleda; Santos, Elizaldo Domingues dos; Neto, Antônio José da SilvaEste estudo aborda a aplicação da Inteligência Computacional associada ao Design Construtal para a otimização geométrica em problemas de transferência de calor. É proposta a aplicação dos algoritmos de Recozimento Simulado e Evolução Diferencial para a otimização geométrica de cavidades resfriadoras inseridas em um meio com geração de calor constante. Os indicadores de performance, restrições e o espaço de busca das configurações geométricas a serem avaliadas no processo de otimização são definidos através do método Design Construtal. O principal objetivo do problema de interesse é a minimização da temperatura máxima adimensional através da otimização geométrica. Para geometrias simples, com poucos graus de liberdade, o método de Busca Exaustiva é empregado no processo de otimização. Porém, geometrias complexas requerem um maior esforço computacional. As cavidades investigadas neste estudo possuem até sete graus de liberdade, o que inviabiliza o emprego do método de Busca Exaustiva para uma avaliação completa da geometria. Nesses casos, são aplicadas meta-heurísticas para a otimização geométrica. Portanto, este trabalho investigou a utilização de diferentes métodos de Inteligência Computacional, bem como buscou seus melhores parâmetros quando aplicados a problemas de otimização geométrica de cavidades resfriadoras. Os resultados mostram que o método de Evolução Diferencial com uma correta configuração de parâmetros pode tornar a busca por geometrias ótimas mais eficiente, com resultados mais confiáveis e requerendo um menor esforço computacional. Outrossim, este trabalho avaliou se os métodos de otimização empregados conduziram à reprodução adequada do efeito das razões geométricas (graus de liberdade) sobre o desempenho térmico do sistema. De acordo com os resultados da avaliação geométrica da cavidade Duplo-T, considerando as meta-heurísticas avaliadas, o algoritmo de Evolução Diferencial foi o método que apresentou o melhor desempenho na correta reprodução do efeito dos graus de liberdade sobre a performance térmica do domínio. O método de Evolução Diferencial foi aplicado na avaliação geométrica de uma nova cavidade, proposta nesse trabalho, com a forma de Duplo-Y. Os resultados obtidos na avaliação geométrica da cavidade Duplo-Y apontam paro o bom desempenho da meta-heurística empregada, assim como, o conjunto de parâmetros utilizados, de forma a contribuir significativamente com a recomendação da metodologia para a investigação de geometrias complexas na pesquisa de cavidades resfriadoras.
- ItemSimulação numérica e design construtal aplicados à flambagem biaxial elasto-plástica de placas perfuradas(2021) Silveira, Thiago da; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dosA engenharia estrutural está em constante evolução e a cada dia surgem novas necessidades para serem supridas. A placa fina é um dos elementos mais utilizados para a concepção de estruturas, seja ela diretamente ligada à resistência estrutural ou apenas como complemento da estrutura. Estes elementos podem ser visualizados em projetos navais, aeroespaciais, de plataformas offshore, do setor automotivo e da construção civil. As placas podem estar submetidas a carregamentos compressivos no seu plano, o que as torna propícias a incorrer em flambagem, um fenômeno de instabilidade estrutural que provoca deslocamentos para fora do plano da placa. Sabese que a flambagem elástica não determina a falha de um elemento de placa, uma vez que é possível incrementar o carregamento externo além da carga crítica até que seja atingida a tensão última da flambagem elasto-plástica. Por vezes placas finas precisam apresentar perfurações com o objetivo de alívio de peso, montagem, dentre outros. Portanto, é importante que se tenha o conhecimento de como estas estruturas são afetadas pela presença de furos. Este trabalho analisa a flambagem elastoplástica de placas finas, quadradas e retangulares, com furos elípticos centrados, sob solicitação compressiva e biaxial. Para variar as geometrias do furo foi utilizada a razão entre os volumes do furo e da placa, chamada de fração volumétrica. Ainda, a aplicação do furo foi feita com diferentes ângulos de inclinação em relação à horizontal. Neste trabalho o Design Construtal, método já bastante explorado na área de transferência de calor e massa, teve provada a sua eficácia quanto à aplicação em problemas de engenharia estrutural. Associado ao Método dos Elementos Finitos e à técnica da Busca Exaustiva, obteve-se as geometrias ótimas que conduzem aos melhores comportamentos mecânicos das placas. Três razões de aspecto da placa foram analisadas: b/a = 1; 0,5 e 0,25, onde a e b são o comprimento e a largura da placa, respectivamente. A placa retangular sem perfuração com b/a = 0,25 é superior às demais pois a placa quadrada apresentou uma deflexão 229,4% maior, para a mesma tensão última. Quanto às placas perfuradas, notou-se que para as placas quadradas o ângulo de inclinação do furo não afeta os resultados das geometrias otimizadas, pois todos os ótimos foram obtidos para o furo circular. Para as placas retangulares, b/a = 0,5; conforme o furo aumenta, a geometria ótima assume um formato alongado no eixo X, enquanto que para b/a = 0,25 as geometrias ótimas são mais alongadas na direção Y. A perfuração causa a redução da resistência mecânica da placa, tornando-se mais significativa conforme o furo aumenta, enquanto a variação geométrica do furo pode aumentar em até 175,2% o comportamento mecânico da placa.
- ItemDesenvolvimento de modelagem computacional e avaliação geométrica de chicanas em um tanque misturador aplicando o método design construtal(2021) Soares, Laísa Luiz; Galarca, Marcelo Moraes; Santos, Elizaldo Domingues dosO presente trabalho apresenta um estudo da influência geométrica de chicanas sobre o escoamento em um tanque misturador. Para isso, um dos objetivos desta pesquisa é desenvolver um modelo computacional para simular a rotação do impelidor sem a necessidade de utilizar um modelo de malha móvel, o que causaria maior esforço e tempo computacional. Assim, foi implementado um código numérico que utiliza uma fonte de quantidade de movimento para simular a rotação do impelidor no interior do tanque, sem a necessidade de representação das fronteiras físicas do mesmo. O código é executado por meio de uma ferramenta existente no ANSYS/FLUENT® v.14.5, chamada UDF- User Defined Function. Este modelo foi comparado com o modelo de malha móvel, e ambos foram verificados e validados a partir de dados encontrados na literatura. O segundo objetivo do trabalho é o de avaliação geométrica das chicanas aplicando o método Design Construtal, baseado na lei Construtal. Com a aplicação deste método, espera-se melhorar o balanceamento de todas as resistências do escoamento no sistema, variando a quantidade e a dimensão das chicanas, a fim de encontrar configurações geométricas que indiquem uma maior eficiência da mistura. Os graus de liberdade do problema são as quantidades de chicanas (Na) e a razão L/B (largura/comprimento das chicanas). Os indicadores de performance são considerados a partir da minimização do tempo de homogeneização e do desvio padrão da mistura. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação de transporte foram resolvidas através do método dos volumes finitos utilizando o software ANSYS/FLUENT® v.14.5, para modelar um escoamento tridimensional, turbulento e incompressível. Para a modelagem da turbulência foi utilizado � − �. O modelo de termo fonte apresentou uma significativa redução do esforço computacional em relação ao modelo de malha móvel, o que permitiu realizar a avaliação geométrica das chicanas no interior do tanque. Os resultados demonstraram que, a aplicação do Design Construtal permitiu obter recomendações teóricas importantes sobre a influência das chicanas na distribuição da espécie transportada (representando a mistura) e no tempo necessário para homogeneizar a mistura no tanque. Os resultados indicam que, considerando os dois indicadores de performance (tempo de homogeneização e desvio padrão da mistura) o caso que apresentou a melhor eficiência foi o tanque com 4 chicanas e razão L/B = 1. Por outro lado, se o número de potência for considerado no problema, existem outras recomendações. Neste caso, o tanque que apresentou a melhor eficiência foi o tanque com 8 chicanas e razão L/B = 0,25, apresentando o menor desvio padrão e a menor potência simultaneamente.