Topologic otimization of a rocker arm in laminated composite material

Nesse trabalho, apresenta-se uma análise de otimização topológica em um laminado de material compósito, sendo que, como modelo otimizado, utilizou-se um balancim projetado pela equipe do Fórmula SAE da UFRGS em suas condições reais de trabalho, visando atingir a maior redução de massa possível do modelo sem comprometer a integridade estrutural do mesmo. Como metodologia, primeiro analisou-se diferentes empilhamentos de lâminas com diferentes ângulos de fibras, visando uma maior resistência mecânica do componente em condições de trabalho já estabelecidas, sendo essa análise feita via Matlab, usando como base o valor do módulo de elasticidade efetivo longitudinal do laminado na direção de maiores esforços. Para a otimização topológica foi utilizado o software HYPERWORKS. O método de otimização topológica tem como objetivo a solução de um problema de minimização (ou maximização) respeitando certas restrições de projeto. Para o caso em questão, fundamenta-se na minimização da flexibilidade da estrutura (ou maximização da rigidez da mesma), com restrições de projeto como a redução da fração de volume para um valor previamente definido. O método de otimização empregado na análise é o método SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization), método mais comum utilizado em análises desse tipo.In this work a topological optimization analysis is performed in a laminate of composite material. The model appliedin the optimization process was the rocker arm designed by the UFRGS’s Formula SAE team in its real working conditions. The main objective was the largest possible mass reduction of the model without compromising the structural integrity of the model. In the methodology, we first analyzed different cases of laminates with different fiber angles, looking to find a higher mechanical strength of the component under pre-defined working conditions using for this analysis the software Matlab, based on the value of the effective in-plane longitudinal modulus of the laminate in the load direction. For topological optimization, the HYPERWORKS software was used. The topological optimization method is based on the minimization (or maximization) of an objective function respecting certain design constraints. For this case, it is based on minimizing the flexibility of the structure (or maximizing rigidity), with design constraints such as reducing the volume fraction to a previously defined value. The optimization method used in the analysis is the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) method, the most common method used in these kinds of analyzes