Otimização paramétrica da haste de um drone utilizando algoritmo genético
Fecha
2023-12-01Autor
Carvalho, Pedro Lucas Batista de
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O uso de drones envolve muitas áreas e aplicações, desde o monitoramento em pulverização agrícola até o envio de mercadorias. Para isso, obter seu melhor desempenho
de forma geral é essencial, alcançando este por meio de projetos de otimização, especialmente nas hastes (maior parte do volume líquido estrutural). Portanto, este trabalho realiza
a otimização paramétrica (OP) da haste de um drone sujeito aos esforços oriundos de um
conjunto rotor-hélice selecionado, visando atender um escopo multiobjetivo de minimização de massa e maximização de rigidez estrutural, utilizando algoritmo genético (AG) como
método otimizador. Inicialmente, a geometria complexa do modelo padrão é simplificada e
desenvolve-se um script em Python que gera modelos de haste a serem analisados pelo
método de elementos finitos (MEF). Este é desenvolvido de forma a evidenciar nove variáveis de projeto e cada alteração de seus valores promove a geração de novos modelos em
elementos finitos (EF), sendo elas: largura L; altura Ha; espessuras das seções da treliça
Tt
, da borda Te, do reforço inferior Trl e superior Tru; número de repetições da “célula” de
treliça Nrep; e larguras dos reforços inferiores Rl e superiores Ru. Em seguida, realiza-se
um estudo de sensibilidade para saber quais das variáveis selecionadas possuem maior
influência na resposta mecânica da haste submetida aos carregamentos do conjunto rotor-hélice. A partir desse estudo, algumas menos influentes são eliminadas para prosseguir
com a elaboração do script para estabelecer a comunicação entre o modelo EF e o algoritmo de otimização. Após definir o tamanho da população e geração, a OP é executada
para obter os melhores valores para as variáveis de projeto dentro dos limites superiores
e inferiores, e posterior seleção dos melhores e análise destes entre si. Por fim, após verificado o modelo simplificado, do estudo de sensibilidade, eliminou-se as variáveis Tru e Rl
pela pouca influência na resposta mecânica. Após concluída a OP, alguns modelos foram
selecionados, sendo a maior minimização de massa de 28,34% e maior maximização de
rigidez de 277% (em detrimentos de uma massa pouco diminuída) em modelos diferentes.
Há também outro com equilíbrio entre funções, obtendo 15,30% de massa reduzida e aumento de 156% na rigidez, e finalmente, aquele que teve seu CS reduzido com relação ao
padrão, diminuindo de 33 para 30, porém sendo ainda distante da falha.
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