Cálculo de deformaciones elásticas en estructuras óptimas bidimensionales para diferentes ensamblajes

Calculation of elastic deformations in optimal two-dimensional structures for a number of assembly cases

En este trabajo se presenta un método para analizar las deformaciones elásticas y la rigidez de estructuras bidimensionales con diferentes configuraciones de unión entre sus elementos. Inicialmente se obtiene la estructura óptima mediante una optimización topológica y luego se desarrolla un método de análisis de diferentes tipos de uniones (articulación, unión flexible o unión rígida) entre los componentes de la estructura. Luego se desarrollan y validan dos ejemplos ampliamente referenciados en la literatura. Se ha determinado la versatilidad del método y la funcionalidad en el proceso de diseño y en la elección de la mejor opción de ensamble. Respecto a trabajos previos, este se constituye en un aporte al análisis de estructuras con diferentes configuraciones de interconexión de sus elementos, pues integra el diseño topológico y la elección de la mejor configuración para diferentes escenarios de relación ensamble-requerimientos de diseño.

INTRODUCCIÓN

La mayoría de los productos mecánicos están constituidos por componentes relacionados e integrados (módulos) que deben cumplir con especificaciones de usuario para el correcto funcionamiento del ensamble final. En la actualidad, los requerimientos de diseño estructural se concentran tanto en desarrollar nuevos materiales y estructuras más resistentes y livianas como en solucionar problemas de producción (Boothroyd, 2001; Lyu, Lee y Saitou, 2004; Zuo et al., 2006; Booker, Swift y Brow, 2005; Cetin y Saitou, 2005). Por tal motivo, los ingenieros y diseñadores se encuentran con problemas más complejos y exigentes que necesitan la optimización estructural y la optimización de recursos.

En este camino se han desarrollado algoritmos para la optimización estructural de carrocerías automotrices (Yetis y Saitou, 2002; Lyu y Saitou, 2005a), la optimización de estructuras en voladizo (Takezawa et al., 2006) y el desarrollo óptimo de ensambles modulares para diferentes tipos de juntas de elementos estructurales (Cetin, 2003; Cetin y Saitou, 2006; Lyu y Saitou, 2006). El desarrollo de este tipo de problemas de diseño, y en general, de problemas que involucran gran cantidad de variables y procesos, ha llevado a usar métodos de análisis y diseño simultáneo, optimización multiobjetiva y combinatoria, entre otros.