Integrating topology and shape optimization: a way to reduce weight in structural ship design

• Autores: Germán A. Méndez Algarra, Andrés Tovar
• Localización: Ship Science and Technology, ISSN-e 2619-645X, ISSN 1909-8642, Vol. 3, Nº. 5, 2009, págs. 83-92
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Metodología para Optimización Topológica y de Forma de Elementos Estructurales
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• Resumen
  • español

    El método de los Autómatas Celulares Híbridos (HCA) para optimización topológica simula el proceso de adaptación funcional en estructuras óseas. El método HCA combina la técnica de los elementos finitos para análisis estructural con el paradigma de los Autómatas celulares (CA) para el diseño y ha demostrado ser una técnica efectiva para optimización topológica en estructuras continuas. En este trabajo se integra el método HCA con un algoritmo de optimización de forma que utiliza programación cuadrática secuencial. La geometría optimizada topológicamente es utilizada para construir un modelo bidimensional sólido aplicando un algoritmo de detección de bordes en imágenes y esplines paramétricos. Un ejemplo de una estructura Michell es presentado. También es presentada la aplicación de un algoritmo de optimización de forma en el diseño de unos aligeramientos en las varengas de un buque patrullero fluvial diseñado por COTECMAR. En ambos casos una apreciable reducción del peso fue obtenida.

  • English

    The Hybrid Cellular Automaton (HCA) algorithm is a methodology developed to simulate the process of functional adaptation in bones. The HCA algorithm combines elements of the cellular automaton (CA) paradigm with finite element analysis. This methodology has proved to be computationally efficient to solve topology optimization problems. In this paper, the HCA algorithm is integrated with a shape optimization algorithm that uses sequential quadratic programming. The geometry of the topologically optimized structure is converted into a two-dimensional solid model using an edge detection algorithm and parametric B-splines. An example problem of a Michell structure is presented. Also shown is the application of the shape optimization algorithm in the redesign of the lightening holes in the transverse floors of a riverine patrol vessel designed by COTECMAR. In both cases an appreciable weight reduction was obtained.