dc.contributor.advisor | Tonatto, Maikson Luiz Passaia | |
dc.contributor.advisor | Ramos, Gustavo Roberto | |
dc.creator | Carvalho, Pedro Lucas Batista de | |
dc.date.accessioned | 2024-09-12T15:49:44Z | |
dc.date.available | 2024-09-12T15:49:44Z | |
dc.date.issued | 2023-12-01 | |
dc.date.submitted | 2023 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/33024 | |
dc.description | Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria - Campus Cachoeira do Sul, Curso de Engenharia Mecânica, RS, 2023. | por |
dc.description.abstract | The use of drones involves many areas and applications, from monitoring agricultural spraying
to shipment of goods. For this, getting the best overall performance is essential, and this is
achieved through optimization projects, especially in the rods (the largest part of the struc tural net volume). Therefore, this work performs a parametric optimization (PO) of the arm
of a drone, subjected to the efforts of a selected rotor-propeller assembly, aiming to achieve
the multiobjective of minimizing mass and maximizing stiffness, using a genetic algorithm
(GA) as an optimizing method. Initially, the complex geometry of the standard model is sim plified and a Python script is developed that generates a rod model that can be analyzed
using the finite element method (FEM). It is developed in such a way as to identify nine
design variables and each change in their values leads to the generation of a new finite ele ment (FE) models: width L; height Ha; thicknesses of the truss sections Tt
, of the edges Te,
of the lower Trl and upper Tru stiffener; number of repetitions of the “cell” of the truss Nrep;
and widths of the lower Rl and upper Ru stiffeners. Then, a sensitivity study is carried out to
find out which of the selected variables have the greatest influence on the mechanical res ponse of the rod subjected to the loads of the rotor-propeller assembly. Based on this study,
some of the less influential variables are eliminated in order to proceed with development of
the script to establish communication between the EF model and the optimization algorithm.
After defining the population and generation size, the PO is run to obtain the best values
for the design variables inside the upper and lower limits, and then select the best ones
and analyze them against each other. Finally, after checking the simplified model from the
sensitivity study, the Tru and Rl variables were eliminated because they had little influence
on the mechanical response. After completing the OP, some models were selected, with
the highest mass minimization of 28.36% and the highest stiffness maximization of 277%
(to the detriment of a slightly reduced mass) in different models. There is also another with
a balance between functions, obtaining a 15.31% reduction in mass and a 156% increase
in stiffness, and finally, one that had its CS reduced in relation to the standard, decreasing
from 33 to 30, but still being far from failure. | eng |
dc.language | por | por |
dc.rights | Acesso Aberto | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Algoritmo genético | por |
dc.subject | Funções objetivos | por |
dc.subject | Otimização paramétrica | por |
dc.subject | Scripts | por |
dc.subject | Variáveis de projeto | por |
dc.subject | Design variables | eng |
dc.subject | Genetic algorithm | eng |
dc.subject | Objective function | eng |
dc.subject | Parametrica optimization | eng |
dc.subject | Scripts | eng |
dc.title | Otimização paramétrica da haste de um drone utilizando algoritmo genético | por |
dc.title.alternative | Parametric optimization of a drone arm using genetic algorithm | eng |
dc.type | Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação | por |
dc.degree.local | Cachoeira do Sul, RS, Brasil | por |
dc.degree.graduation | Curso de Engenharia Mecânica | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA | por |
dc.publisher.unidade | UFSM Cachoeira do Sul | por |