Avanços e aplicações de estruturas leves: uma revisão abrangente

Resumo Estruturas leves consistem em peças ou segmentos reais que proporcionam a capacidade crucial de funcionar enquanto pesam menos do que outras possibilidades. A indústria aeroespacial inventou este ramo específico de especialização, que às vezes é referido como engenharia leve ou construção leve. Este artigo se concentra em como as estruturas leves são desenvolvidas e aplicadas no campo da engenharia estrutural, que é essencial para alcançar os altos padrões e avanços da ciência moderna. A comparação é feita dependendo dos diferentes tipos de materiais leves, como ligas de titânio, ligas de memória, magnésio, ligas de alumínio e compósitos de madeira, discutindo-se os benefícios e aplicações de cada tipo de material. Tecnologias recentes e inovações no campo do design leve são realizadas, incluindo estruturas implantáveis e morphing, impressão 3D, sensores e atuadores embutidos, e tecnologias de junção avançadas. Além disso, a pesquisa também está sendo feita sobre a evolução, usos e significados desses tipos de estruturas, bem como suas técnicas de design e inovações. Estruturas de treliça, tensegridade, pantográficas, de cabos, origami e sanduíche são identificadas ao explicar suas propriedades e mecanismos de funcionamento. O uso de várias estruturas leves nos campos aeroespacial, robótica, engenharia civil, arquitetura, automotivo e biomedicina é examinado neste artigo. Além disso, a comparação é feita entre a aplicação de estruturas de tensegridade, treliça, pantográficas e sanduíche em aplicações aeronáuticas em detalhes, enquanto a importância da mudança de forma e implantação de estruturas pantográficas e origami é explicada no campo aeroespacial e robótico. Além disso, diferentes tipos de estruturas de ponte e arquitetura são mencionados de acordo com as aplicações de cabos de suspensão, estruturas de treliça de cabos tensionados e técnicas de tensegridade. Além disso, o artigo aborda a melhoria das técnicas computacionais e numéricas na análise e design de estruturas leves, incluindo o método da força, método de relaxamento dinâmico e método de elementos finitos (FEM), tendências em técnicas de otimização e suas aplicações são mencionadas, incluindo programação quadrática sequencial (SQP) e otimização de ponto interior, com aplicações em diferentes tipos de estruturas leves. Também são consideradas perspectivas e direções futuras do design leve através da sustentabilidade e construção inteligente, a importância do design leve na forma de meio ambiente e inovação é claramente apoiada.