Development of numerical methodologies for parameter identification and shape optimization in metal forming simulations

Por parte da indústria de estampagem tem-se verificado um interesse crescente em simulações numéricas de processos de conformação de chapa, incluindo também métodos de engenharia inversa. Este facto ocorre principalmente porque as técnicas de tentativa-erro, muito usadas no passado, não são mais competitivas a nível económico. O uso de códigos de simulação é, atualmente, uma prática corrente em ambiente industrial, pois os resultados tipicamente obtidos através de códigos com base no Método dos Elementos Finitos (MEF) são bem aceites pelas comunidades industriais e científicas Na tentativa de obter campos de tensão e de deformação precisos, uma análise eficiente com o MEF necessita de dados de entrada corretos, como geometrias, malhas, leis de comportamento não-lineares, carregamentos, leis de atrito, etc.. Com o objetivo de ultrapassar estas dificuldades podem ser considerados os problemas inversos. No trabalho apresentado, os seguintes problemas inversos, em Mecânica computacional, são apresentados e analisados: (i) problemas de identificação de parâmetros, que se referem à determinação de parâmetros de entrada que serão posteriormente usados em modelos constitutivos nas simulações numéricas e (ii) problemas de definição geométrica inicial de chapas e ferramentas, nos quais o objetivo é determinar a forma inicial de uma chapa ou de uma ferramenta tendo em vista a obtenção de uma determinada geometria após um processo de conformação. São introduzidas e implementadas novas estratégias de otimização, as quais conduzem a parâmetros de modelos constitutivos mais precisos. O objetivo destas estratégias é tirar vantagem das potencialidades de cada algoritmo e melhorar a eficiência geral dos métodos clássicos de otimização, os quais são baseados em processos de apenas um estágio. Algoritmos determinísticos, algoritmos inspirados em processos evolucionários ou mesmo a combinação destes dois são usados nas estratégias propostas. Estratégias de cascata, paralelas e híbridas são apresentadas em detalhe, sendo que as estratégias híbridas consistem na combinação de estratégias em cascata e paralelas. São apresentados e analisados dois métodos distintos para a avaliação da função objetivo em processos de identificação de parâmetros. Os métodos considerados são uma análise com um ponto único ou uma análise com elementos finitos. A avaliação com base num único ponto caracteriza uma quantidade infinitesimal de material sujeito a uma determinada história de deformação. Por outro lado, na análise através de elementos finitos, o modelo constitutivo é implementado e considerado para cada ponto de integração. Problemas inversos são apresentados e descritos, como por exemplo, a definição geométrica de chapas e ferramentas. Considerando o caso da otimização da forma inicial de uma chapa metálica a definição da forma inicial de uma chapa para a conformação de um elemento de cárter é considerado como problema em estudo. Ainda neste âmbito, um estudo sobre a influência da definição geométrica inicial da chapa no processo de otimização é efetuado. Este estudo é realizado considerando a formulação de NURBS na definição da face superior da chapa metálica, face cuja geometria será alterada durante o processo de conformação plástica. No caso dos processos de otimização de ferramentas, um processo de forjamento a dois estágios é apresentado. Com o objetivo de obter um cilindro perfeito após o forjamento, dois métodos distintos são considerados. No primeiro, a forma inicial do cilindro é otimizada e no outro a forma da ferramenta do primeiro estágio de conformação é otimizada. Para parametrizar a superfície livre do cilindro são utilizados diferentes métodos. Para a definição da ferramenta são também utilizados diferentes parametrizações. As estratégias de otimização propostas neste trabalho resolvem eficientemente problemas de otimização para a indústria de conformação metálica.

A mixed-integer LP model for the reconfiguration of radial electric distribution systems considering distributed generation

The problem of reconfiguration of distribution systems considering the presence of distributed generation is modeled as a mixed-integer linear programming (MILP) problem in this paper. The demands of the electric distribution system are modeled through linear approximations in terms of real and imaginary parts of the voltage, taking into account typical operating conditions of the electric distribution system. The use of an MILP formulation has the following benefits: (a) a robust mathematical model that is equivalent to the mixed-integer non-linear programming model; (b) an efficient computational behavior with exiting MILP solvers; and (c) guarantees convergence to optimality using classical optimization techniques. Results from one test system and two real systems show the excellent performance of the proposed methodology compared with conventional methods. © 2012 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Programação de horários usando um algoritmo de busca em vizinhança variável

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Planejamento de sistemas de distribuição de energia elétrica através de um modelo de Programação Linear Inteiro Misto (plim)

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Planejamento estocástico da expansão da rede de transmissão de energia elétrica multiestágio considerando restrições de segurança

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Planejamento da expansão de sistemas de transmissão usando a metaheurística de busca em vizinhança variável

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Reconfiguração ótima dos sistemas de distribuição de energia elétrica usando uma formulação cônica de segunda ordem inteira mista

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Transmission network expansion planning for the Colombian electrical system: Connecting the Ituango hydroelectric power plant

The hydroelectric power plant Hidroltuango represents a major expansion for the Colombian electrical system (with a total capacity of 2400 MW). This paper analyzes the possible interconnections and investments involved in connecting Hidroltuango, in order to strengthen the Colombian national transmission system. A Mixed Binary Linear Programming (MBLP) model was used to solve the Multistage Transmission Network Expansion Planning (MTEP) problem of the Colombian electrical system, taking the N-1 safety criterion into account. The N-1 safety criterion indicates that the transmission system must be expanded so that the system will continue to operate properly if an outage in a system element (within a pre-defined set of contingencies) occurs. The use of a MBLP model guaranteed the convergence with existing classical optimization methods and the optimal solution for the MTEP using commercial solvers. Multiple scenarios for generation and demand were used to consider uncertainties within these parameters. The model was implemented using the algebraic modeling language AMPL and solved using the commercial solver CPLEX. The proposed model was then applied to the Colombian electrical system using the planning horizon of 2018-2025. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Método primal-dual previsor-corretor de pontos interiores e exteriores com estratégias de correção de inércia e suavização hiperbólica aplicado ao problema de despacho econômico com ponto de carregamento de válvula e representação da transmissão

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Propostas de modelagem matemática para o problema de restauração de sistemas de distribuição de energia elétrica radiais

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Reconfiguração de sistemas de distribuição operando em vários níveis de demanda através de uma meta-heurística de busca em vizinhança variável

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Transmission network expansion planning considering repowering and reconfiguration

Transmission expansion planning (TEP) is a classic problem in electric power systems. In current optimization models used to approach the TEP problem, new transmission lines and two-winding transformers are commonly used as the only candidate solutions. However, in practice, planners have resorted to non-conventional solutions such as network reconfiguration and/or repowering of existing network assets (lines or transformers). These types of non-conventional solutions are currently not included in the classic mathematical models of the TEP problem. This paper presents the modeling of necessary equations, using linear expressions, in order to include non-conventional candidate solutions in the disjunctive linear model of the TEP problem. The resulting model is a mixed integer linear programming problem, which guarantees convergence to the optimal solution by means of available classical optimization tools. The proposed model is implemented in the AMPL modeling language and is solved using CPLEX optimizer. The Garver test system, IEEE 24-busbar system, and a Colombian system are used to demonstrate that the utilization of non-conventional candidate solutions can reduce investment costs of the TEP problem. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Métodos híbridos de pontos interiores/exteriores e de aproximantes de funções em problemas multiobjetivo de despacho econômico e ambiental

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Processing of Knowledge about Optimization of Classical Optimizing Transformations

The article describes the structure of an ontology model for Optimization of a sequential program. The components of an intellectual modeling system for program optimization are described. The functions of the intellectual modeling system are defined.

Quantum behaved Particle Swarm Optimization (QPSO) for multi-objective design optimization of composite structures

We present a new, generic method/model for multi-objective design optimization of laminated composite components using a novel multi-objective optimization algorithm developed on the basis of the Quantum behaved Particle Swarm Optimization (QPSO) paradigm. QPSO is a co-variant of the popular Particle Swarm Optimization (PSO) and has been developed and implemented successfully for the multi-objective design optimization of composites. The problem is formulated with multiple objectives of minimizing weight and the total cost of the composite component to achieve a specified strength. The primary optimization variables are - the number of layers, its stacking sequence (the orientation of the layers) and thickness of each layer. The classical lamination theory is utilized to determine the stresses in the component and the design is evaluated based on three failure criteria; Failure Mechanism based Failure criteria, Maximum stress failure criteria and the Tsai-Wu Failure criteria. The optimization method is validated for a number of different loading configurations - uniaxial, biaxial and bending loads. The design optimization has been carried for both variable stacking sequences as well as fixed standard stacking schemes and a comparative study of the different design configurations evolved has been presented. Also, the performance of QPSO is compared with the conventional PSO.