Projeto de Mecanismos Flexíveis com Grandes Deslocamentos Através de Otimização Estrutural em Domínios Discretos
Mecanismos flexíveis realizam determinadas funções a partir da deformação elástica de seu corpo, evitando assim o uso de juntas, pinos e rolamentos. Isso evita montagem e problemas como o atrito entre componentes. Mecanismos flexíveis possuem grande aplicação em aparelhos que envolvem mecânica de precisão devido à sua alta precisão dada pelo menor desgaste e pelas folgas reduzidas. Na engenharia biomédica, mecanismos flexíveis têm grande aplicação no projeto de instrumentos cirúrgicos, facilitando a esterilização devido ao número reduzido de componentes. Dada a sua aplicação em microescala, mecanismos flexíveis podem ser usados na fabricação de MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Outra possível aplicação é na fabricação de LEMS (Lamina Emergent Mechanisms), que são mecanismos fabricados de materiais planos com movimento que emerge de seu plano. Nesse trabalho, o projeto de mecanismos flexíveis também é utilizado para desenvolver um metamaterial, que é uma estrutura projetada para ter propriedades extremas não encontradas na forma natural dos materiais. Neste caso a propriedade desejada é o coeficiente de Poisson negativo, que define uma estrutura auxética. O método de otimização topológica (OT) tem se mostrado a mais genérica e sistemática para o projeto de mecanismos flexíveis. Consiste em um método que distribui material dentro de um domínio de modo a extremizar a função objetivo especificada. Nesse trabalho a OT é realizada em domínios discretizados em elementos de barras (ground structure), onde as áreas das seções transversais dos elementos são as variáveis de projeto. São considerados grandes deslocamentos, o que estabelece uma relação não linear entre deformação e deslocamento e requer o uso do MEF não linear. O objetivo desse trabalho é implementar uma metodologia para projeto de mecanismos flexíveis com grandes deslocamentos usando domínios discretos. O problema de otimização está sujeito a restrição de volume, onde a função objetivo busca maximizar o deslocamento numa dada região do domínio da estrutura quando submetida a um dado carregamento em outra região. Os resultados demonstram que é possível projetar mecanismos flexíveis com grandes deslocamentos através dessa metodologia.