PROJETO DE UM SUPORTE DE GUIDÃO DE BICICLETA USANDO OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA MULTIMATERIAL

INTRODUÇÃO: A otimização topológica multimaterial constitui uma abordagem para o desenvolvimento de componentes estruturais mais eficientes, permitindo distribuir materiais com diferentes propriedades dentro de um domínio de projeto de acordo com as solicitações mecânicas atuantes. Sua aplicação pode contribuir para a obtenção de estruturas com melhor relação entre massa, rigidez e desempenho, sendo de interesse no desenvolvimento de componentes de bicicletas, como o suporte de guidão. OBJETIVOS: Este trabalho teve como objetivo investigar a aplicação da otimização topológica multimaterial no projeto de um suporte de guidão de bicicleta, buscando avaliar a possibilidade de melhorar a relação entre massa e desempenho estrutural por meio da combinação de materiais com propriedades mecânicas distintas. MATERIAIS E MÉTODO: Inicialmente, foram estudados os fundamentos da otimização topológica e sua aplicação em problemas estruturais. As análises numéricas foram realizadas no software Ansys Workbench. Para validação da metodologia, foi analisada uma viga em balanço submetida a uma carga de 100 N, utilizando aço estrutural e uma restrição de remoção de 50% da massa. Posteriormente, foi desenvolvido o modelo tridimensional do suporte de guidão, com definição da malha de elementos finitos, condições de contorno, carregamentos e domínio de otimização. Foram considerados aço e alumínio como materiais candidatos, visando combinar elevada rigidez estrutural e redução de massa. Inicialmente, realizou-se uma otimização monomaterial como referência e, em seguida, aplicou-se a otimização multimaterial mantendo parâmetros equivalentes para comparação. RESULTADOS: A validação com a viga em balanço apresentou uma distribuição de material coerente com o comportamento estrutural esperado, confirmando a adequação do procedimento adotado. Para o suporte de guidão, a otimização monomaterial gerou uma topologia compatível com a redistribuição dos esforços. Na análise multimaterial, o algoritmo foi capaz de distribuir os diferentes materiais no domínio de projeto, porém a configuração obtida apresentou regiões com continuidade estrutural limitada, indicando a necessidade de ajustes nos parâmetros de otimização, refinamento da malha, restrições de volume e definição do domínio para obtenção de uma solução diretamente aplicável à fabricação. CONSIDERAÇÕES FINAIS: O estudo permitiu aplicar e avaliar a otimização topológica multimaterial em um componente mecânico real, compreender suas potencialidades e identificar aspectos relevantes para o aprimoramento da metodologia. Os resultados obtidos constituem uma base inicial para o desenvolvimento de um suporte de guidão multimaterial e fornecem subsídios para futuras investigações envolvendo diferentes parâmetros, combinações de materiais, recursos computacionais e ferramentas de otimização.

PALAVRAS-CHAVE: Otimização estrutural; Método dos Elementos Finitos; Estruturas Multimaterial; Ansys Workbench.