Otimização Topológica aplicada ao projeto de sistemas de admissão para aplicações automotivas

Topology Optimization applied to the design of Air Intake Systems for automotive applications

OKUBO JÚNIOR, Carlos Massaiti; FERREYRA, Sergio Adrian

Trabalho completo:

Projetar o caminho do escoamento em sistemas fluidos não é uma tarefa trivial. Em sistemas de admissão de ar de motores de combustão interna, o escoamento deve fluir suavemente e com a menor perda de carga possível até a entrada do motor. As limitações de espaço e de posicionamento dos componentes ao redor tornam a tarefa ainda mais desafiadora. Nesse cenário, técnicas de otimização surgem como uma opção para abordar o problema de uma maneira sistemática e avançar rapidamente nas melhorias de projeto. Em particular, o Método de Otimização Topológica se coloca como uma estratégia robusta para a geração de opções de projeto, bem como para ajudar a compreender as características mais importantes do escoamento de um dado sistema. Neste trabalho, o Método de Otimização Topológica é utilizado como uma ferramenta de geração de geometria para parte de um sistema de admissão de ar automotivo. A fundamentação teórica é brevemente apresentada com uma função objetivo relevante para o problema. Um caso de estudo é demonstrado, onde um projeto é obtido, interpretado, avaliado e comparado com uma geometria tradicional, demonstrando os ganhos que se pode obter com a Otimização Topológica.

The design of the flow path in a fluid system is not a trivial task. In Air Intake Systems of internal combustion engines, the fluid must flow smoothly and with the smallest pressure drop possible to the combustion engine inlet. The limitations from space and positioning of components of the car make this task even more challenging. In this scenario, optimization techniques arise as an option to treat the problems in a systematic way and advance fast in the design improvements. The Topology Optimization Method (TOM) is placed as robust strategy to give insights and help understanding the most important flow features for a given system. In this work, the TOM is used as tool to generate geometries for the flow path of part of an automotive Air Intake System. The theoretical basis is briefly explained with an objective function relevant to the problem. An example case is presented, where a design is obtained, interpreted, evaluated and compared with a traditional geometry, highlighting the gains that can be achieved by using the Topology Optimization.

Palavras-chave: None None

DOI: 10.5151/simea2025-PAP31

Referências bibliográficas

• [1] DILGEN, C. B.; DILGEN, S. B.; FUHRMAN, D. R.; SIGMUND, O.; LAZAROV, B. S. Topology Optimization of Turbulent Flows. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2018.
• [2] OTHMER, C. A continuous adjoint formulation for the computation of topological and surface sensitivities of ducted flows. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 2008.
• [3] PAPOUTSIS-KIACHAGIAS, E. M.; GIANNAKOGLOU, K. C. Continuous adjoint methods for turbulent flows, applied to shape and topology optimization: industrial applications. Archives of Computational Methods in Engineering, 2016.
• [4] Siemens Digital Industries Software, Star-CCM+ User Guide, 2021.
• [5] KINGMA, P. D.; BA, J. L. Adam: a method for stochastic optimization. ICLR 2015.
• [6] WRIGHT, S.; NOCEDAL, J. Numerical Optimization, 1999.AEA – Brazilian Society of Automotive Engineering - SIMEA 2025
• [7] BORVALL, T.; PETERSSON, J.; Topology optimization of fluids in Stokes flow. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 2003.
• [8] OKUBO JR, C . M.; KIYONO, C. Y.; SÁ, L. F. N., SILVA, E. C. N. Topology optimization applied to 3D rotor flow path design based on the contiuous adjoint approach. Computers and Mathematics with Applications, 2021.

Como citar:

OKUBO JÚNIOR, Carlos Massaiti; FERREYRA, Sergio Adrian; "Otimização Topológica aplicada ao projeto de sistemas de admissão para aplicações automotivas", p-144-150. In: Anais do XXXII Simpósio Internacional de Engenharia. São Paulo: Blucher, 2025.
ISSN 23577592, DOI 10.5151/simea2025-PAP31