Resumen de Optimización topológica aplicada al diseño de componentes plásticos inyectados reforzados con fibra corta

Juan Antonio Almazán Lázaro, Ángel López, José Moya, Carmelo Latorre Castilla

• español

  El desarrollo experimentado por los modelos discretos de cálculo basados en el método de los elementos finitos se ha visto acompañado de un auge en las soluciones de optimización topológica estructural. Maximizar la rigidez con la mínima masa es el principal hito que conseguir por parte de los diseñadores.

  Las restricciones propias del proceso de fabricación en componentes inyectados, como el rango admisible de espesores y el ángulo de desmoldeo, permiten obtener diseños cercanos al componente final cuando se utilizan materiales isótropos. Sin embargo, la no isotropía propia de un material reforzado con fibra corta implica la realización iterativa de fases de optimización, diseño, análisis reológico y validación mecánica, dado que la orientación de fibra es inicialmente desconocida y, a su vez, depende de la solución topológica adoptada. En este trabajo se muestra cómo la implementación de un algoritmo de diagnóstico de espesores permite predecir la orientación de fibra local y optimizar de acuerdo con propiedades mecánicas definidas direccionalmente. Al integrarse en el proceso de optimización, se reduce el número de iteraciones necesarias para alcanzar un modelo mecánicamente válido.

• English

  The development experienced by discrete calculation models based on the finite element method has been accompanied by a boom in structural topological optimization solutions. Maximizing stiffness with minimal mass is the main milestone for designers to achieve. The restrictions of the manufacturing process in injected components, such as the admissible range of thicknesses and the demoulding angle, allow to obtain designs close to the final component when using isotropic materials. However, the non-isotropy inherent to a short fiber reinforced material implies the iterative performance of optimization, design, rheological analysis and mechanical validation phases, since the fiber orientation is initially unknown and, in turn, depends on the adopted topological solution. This work shows how the implementation of a thickness diagnostic algorithm allows predicting local fiber orientation and optimizing according to directionally defined mechanical properties. By integrating into the optimization process, the number of iterations required to reach a mechanically valid model is reduced.