Os avanços tecnológicos na engenharia têm conduzido a projetos de turbinas eólicas cada vez maiores e com maior aproveitamento energético do local onde estão instaladas. Cada máquina, entretanto, necessita de um projeto específico de cubo, já que os carregamentos sobre estes componentes não crescem de forma linear com o diâmetro do rotor. Por outro lado, o uso de métodos de otimização topológica pode auxiliar na concepção destes componentes. Neste contexto, este trabalho propõe desenvolver uma ferramenta exploratória para o projeto preliminar de um cubo utilizando estes métodos de otimização. Um dos principais mecanismos de falha do cubo ocorre por meio da fadiga mecânica. Estes componentes estão sujeitos a um vasto espectro de carregamentos formado por ciclos de alta e baixa amplitude que contribuem para o dano à fadiga e são experimentalmente relacionados por uma curva logarítmica. No trabalho, após ampla revisão bibliográfica destes temas, os carregamentos são determinados por meio do programa de simulação aeroelástica OpenFAST e são pós-processados no programa MLife, o qual estima as cargas ao longo da vida operacional da máquina. Estes carregamentos são então utilizados como variáveis de entrada na otimização topológica do componente, que consiste em minimizar a flexibilidade da estrutura sujeita a restrições de volume. A implementação foi feita utilizando o framework PETSc e aplicação do método dos elementos finitos com uma malha estruturada de elementos prismáticos de base triangular, que preenchem completamente todo o domínio de otimização e mantém suas faces paralelas aos mancais das pás e às condições de contorno. Um primeiro resultado da análise foi a identificação das direções de maior esforço mecânico, que são dominadas pelo momento fletor na raiz das pás. Na otimização, o efeito do filtro de homogeneização foi avaliado, assim como a restrição de volume imposta. As estruturas obtidas indicam as regiões mais significativas para a composição da rigidez do componente, servindo de base para um projeto subsequente mais detalhado. Esta ferramenta exploratória pode contribuir para o desenvolvimento de projetos de cubos otimizados, resultando em turbinas eólicas mais eficientes e economicamente viáveis.

Technological advancements in engineering have led to the development of increasingly larger and more efficient wind turbines. However, each turbine requires a specific hub design, as the loads on these components do not increase linearly with the rotor diameter. Topology optimization methods have shown potential in assisting with the design of these components. In this context, this work aims to develop an exploratory tool for the preliminary design of a hub using these optimization methods. One of the main failure mechanisms of the hub is mechanical fatigue. These components are subject to a wide spectrum of loads consisting of cycles of high and low amplitude, which contribute to fatigue damage and are experimentally related by a logarithmic curve. In this study, after an extensive literature review on these topics, the loads are determined through the aeroelastic simulation program OpenFAST and post-processed in the MLife program, which estimates the loads throughout the machine's operational life. These loads are then used as input variables in the topology optimization of the component, aiming to minimize the flexibility of the structure subject to volume constraints. The implementation is carried out using the PETSc framework and application of the finite element method with a structured mesh of triangular prism elements that completely fill the entire optimization domain and keep their faces parallel to the blade bearings and boundary conditions. A preliminary result of the analysis is the identification of the directions of the highest mechanical loads, which are dominated by the bending moments at the blade root. In the optimization process, the effect of the homogenization filter and the imposed volume constraint are evaluated. The obtained structures indicate the most significant regions for the stiffness composition of the hub, providing a basis for subsequent detailed design. This exploratory tool can contribute to the development of optimized hub designs, leading to more efficient and economically viable wind turbines.