Optimización topológica orientada a fabricación aditiva usando una estrategia de convergencia robusta. Aplicación al diseño de una pieza de motocicleta.
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Resumen
Tras la irrupción del entorno digital y las tecnologías habilitantes en la Industria 4.0, métodos como la optimización topológica comenzaron a cobrar protagonismo. Esto es debido a que las formas orgánicas resultantes de este tipo de métodos debían ser interpretados a una forma fabricable. Con la fabricación aditiva, que permite la manufactura de formas intrincadas, y el aumento del poder computacional accesible para el usuario, la optimización topológica y el diseño guiado por la simulación se han convertido en uno de los métodos de diseño y cálculo más eficientes.No obstante, actualmente este campo de investigación se encuentra en un punto en el cual la tecnología ha avanzado más rápido que el conocimiento; es decir: la adaptación de los métodos de optimización topológica tiene aún mucho desarrollo para aprovechar todo el potencial de los nuevos métodos de manufactura. En este punto es donde se enmarca el presente estudio.
A través de un filtro para obtener un ángulo crítico de inclinación de los elementos sólidos formados en el proceso de optimización topológica [1], se realizarán diferentes modificaciones y adiciones para conseguir un proceso sencillo y de gran adaptabilidad para obtener piezas que se puedan fabricar mediante Fused Deposition Modeling (FDM) sin la necesidad de utilizar material de soporte. Las modificaciones se enfocan en mejorar el comportamiento del filtro, eliminar los efectos negativos del filtro de densidad utilizado [2], utilizar dominios de filtro variable para aumentar la contribución de los miembros de soporte y garantizar una convergencia robusta.
Se utilizará una versión modificada del algoritmo de convergencia Adaptive Variable Design (AVD) [3] para incluir los parámetros de impresión 3D, garantizar un control de la restricción de volumen en el método de asíntotas móviles (MMA)[4] a través de una doble restricción, y se garantizará una convergencia en cualquier caso con opciones de bypass y de violación de la restricción inicial.Todo ello estará verificado a través del caso de estudio del diseño de una pieza de motocicleta, además de otros ejemplos simples para demostrar las diferentes hipótesis formuladas en el estudio.
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