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Publicação
Otimização estrutural computacional da estrutura do rocker bogie de um rover espacial através de métodos sem malha
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Resumo(s)
The cost of planetary missions is influenced by the mass of the components being transported into space. For this purpose, structural optimization techniques which reduce mass without compromising the mechanical performance of the component can be employed. Through finite element and meshless methods, planetary rovers can be effectively analysed and optimized, resulting in enhanced overall performance and better resilience to the extreme conditions encountered on Mars. This thesis includes a comprehensive literature review on space
exploration technologies, as well as on meshless and finite element methods, with particular emphasis on the Radial Point Interpolation Method (RPIM) and the Natural Neighbours Radial Point Interpolation Method (NNRPIM). The accuracy and effectiveness of the selected methods and structural optimization techniques are validated through benchmark examples. After this validation, these methods are applied to the optimization of the suspension system of NASA’s Perseverance Rover, resulting in significantly improved structural performance, including lower Von Mises stress values and increased stiffness compared to the current design. By utilizing
meshless methods in the suspension system optimization and analysis, this thesis aims to contribute to ongoing and future research in structural optimization and meshless methods, thereby enriching the existing literature on the subject.
O custo das missões planetárias é influenciado pela massa dos componentes que são transportados para o espaço. Para isso, podem ser utilizadas técnicas de otimização estrutural que reduzam a massa sem comprometer o desempenho mecânico do componente. Através de elementos finitos e métodos sem malha, os rovers planetários podem ser efetivamente analisados e otimizados, resultando num melhor desempenho geral e melhor resiliência às condições extremas encontradas em Marte. Esta tese inclui uma revisão abrangente da literatura sobre tecnologias de exploração espacial, bem como métodos sem malha e de elementos finitos, com particular ênfase no Método de Interpolação de Pontos Radiais (RPIM) e no Método de Interpolação de Pontos Radiais de Vizinhos Naturais (NNRPIM). A precisão e eficácia dos métodos selecionados e técnicas de otimização estrutural são validadas através de exemplos de benchmark. Após esta validação, estes métodos são aplicados à otimização do sistema de suspensão do Perseverance Rover da NASA, resultando num desempenho estrutural significativamente melhorado, incluindo valores de tensão Von Mises mais baixos e maior rigidez em comparação com o design atual. Ao utilizar métodos sem malha na otimização e análise de sistemas de suspensão, esta tese pretende contribuir para a investigação em curso e futura relativa a otimização estrutural e métodos sem malha, enriquecendo assim a literatura existente sobre o assunto.
O custo das missões planetárias é influenciado pela massa dos componentes que são transportados para o espaço. Para isso, podem ser utilizadas técnicas de otimização estrutural que reduzam a massa sem comprometer o desempenho mecânico do componente. Através de elementos finitos e métodos sem malha, os rovers planetários podem ser efetivamente analisados e otimizados, resultando num melhor desempenho geral e melhor resiliência às condições extremas encontradas em Marte. Esta tese inclui uma revisão abrangente da literatura sobre tecnologias de exploração espacial, bem como métodos sem malha e de elementos finitos, com particular ênfase no Método de Interpolação de Pontos Radiais (RPIM) e no Método de Interpolação de Pontos Radiais de Vizinhos Naturais (NNRPIM). A precisão e eficácia dos métodos selecionados e técnicas de otimização estrutural são validadas através de exemplos de benchmark. Após esta validação, estes métodos são aplicados à otimização do sistema de suspensão do Perseverance Rover da NASA, resultando num desempenho estrutural significativamente melhorado, incluindo valores de tensão Von Mises mais baixos e maior rigidez em comparação com o design atual. Ao utilizar métodos sem malha na otimização e análise de sistemas de suspensão, esta tese pretende contribuir para a investigação em curso e futura relativa a otimização estrutural e métodos sem malha, enriquecendo assim a literatura existente sobre o assunto.
Descrição
Palavras-chave
Meshless methods Finite element methods Structural optimization Perseverance Rover Métodos sem malha Métodos de elementos finitos Otimização estrutural