Optimal reinforcing of reticular structures

Refuerzo óptimo de estructuras reticulares

Este artículo presenta una aplicación de Algoritmos Genéticos (GA) y Análisis de Elementos Finitos (FEA) para resolver un problema de optimización estructural en estructuras plásticas reticulares. La optimización estructural se utiliza para modificar la forma original colocando refuerzos en ubicaciones óptimas. Como resultado, se logró una reducción de la tensión máxima en un 14,70% para una estructura con un aumento de volumen final del 8,36%. Este procedimiento resuelve el problema de optimización estructural ajustando el molde original y evitando así la reconstrucción de uno nuevo molde.

Introducción

La optimización de estructuras es un campo en expansión para las empresas que compiten por mejorar sus productos o por mejorar sus formas de fabricación. Entre los problemas de diseño, el uso de refuerzos para reparar estructuras es una solución utilizada en la práctica en diferentes campos como la Ingeniería Aeronáutica [1] y la Ingeniería Civil [2]. El principal problema es la ubicación y la forma de los refuerzos. Las técnicas de optimización se han aplicado a varios de estos casos. En [3] se utiliza un método de optimización basado en el gradiente para localizar de forma óptima los refuerzos metálicos soldados en placas planas. El método presentado reduce las concentraciones de tensiones en la placa, lo que permite reducir el espesor de la misma y supone un considerable ahorro de material. En [4] se utiliza un algoritmo genético para resolver un problema de refuerzo compuesto sobre placa metálica. El refuerzo consiste en un parche de material compuesto que se adhiere a la placa. Sus variables de optimización son la forma del parche y las orientaciones de las capas del composite.

K. Jármai et al utilizan diferentes técnicas de optimización como leap-frog, LFOPC, Dynamic-Q, ETOPC, y particle swarm para mejorar el diseño de un elemento cilíndrico ortogonalmente rigidizado de una plataforma fija offshore [5]. Las variables de diseño consideradas en la optimización son el grosor del armazón, así como las dimensiones y el número de rigidizadores. Además de las restricciones estructurales, la función objetivo también tiene en cuenta el proceso de fabricación. Este estudio muestra que se puede conseguir un importante ahorro de costes mediante la rigidización ortogonal, ya que permite reducir considerablemente el grosor del armazón.

A diferencia de los casos descritos anteriormente, el presente estudio se centra en la modificación de moldes de plástico ya construidos para producir estructuras de plástico reforzado. Este trabajo se aplica a las estructuras reticulares y utiliza Algoritmos Genéticos (AG) para buscar la disposición óptima.