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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25690| Título: | Uma abordagem para otimização estrutural de rolos de esteiras transportadoras de minérios |
| Título(s) alternativo(s): | An approach to structural optimization of ore bonveyor belt rollers |
| Autor(es): | Ceniz, João Pedro |
| Orientador(es): | Luersen, Marco Antonio |
| Palavras-chave: | Correias transportadoras Otimização estrutural Polímeros - Propriedades mecânicas Método dos elementos finitos Métodos de Simulação Minérios - Transporte Conveyor belts Structural optimization Polymers - Mechanical properties Finite element method Simulation methods Ores - Transportation |
| Data do documento: | 17-Jun-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | CENIZ, João Pedro. Uma abordagem para otimização estrutural de rolos de esteiras transportadoras de minérios. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | A locomoção de materiais com o uso de esteiras transportadoras é amplamente utilizada e de extrema importância, sobretudo no setor de mineração. Para a realização desse tipo de transporte, comumente são utilizados sistemas de esteiras transportadoras compostos por diversos rolos, que também sustentam o peso proveniente do material transportado. A manutenção desse tipo de componente promove um alto custo anual e, quando executada, devido ao elevado peso do produto, são proporcionados riscos à integridade física do operador responsável pela reposição do componente danificado. Como forma de redução do peso, a adoção de materiais poliméricos em sua fabricação, ao invés dos usuais metálicos, é uma possível alternativa. Além disso, técnicas de otimização também podem ser utilizadas para tal fim. Nesse contexto, este trabalho propõe realizar a otimização estrutural paramétrica de rolos metálicos e poliméricos utilizando uma metodologia com uso de scripts escritos na plataforma Matlab e de um modelo numérico elaborado em software comercial de elementos finitos. Nos processos tradicionais de otimização, costumam ser demandadas muitas iterações, o que pode ser inviável quando a avaliação da função objetivo e/ou das restrições possuir um elevado custo computacional. Visando solucionar esse problema, fez-se uso de metamodelos de base radial (RBF), que são modelos substitutivos para representar uma função de alto custo. Com isso, a otimização é realizada no próprio metamodelo, com o uso do algoritmo Globalized Bounded Nelder-Mead (GBNM) e de um processo iterativo de refino do metamodelo. No presente caso, o problema é definido como a minimização da massa do sistema, que está sujeito à restrição do ângulo de desalinhamento dos mancais de rolamento e à uma tensão admissível. Como parâmetros a serem variados (variáveis de projeto), tem-se dimensões do tubo e do eixo. Com esta estratégia, foi obtida uma diminuição de 32,3% da massa em um projeto de rolo metálico e 18,9% em um rolo polimérico, confirmando a funcionalidade da metodologia proposta. |
| Abstract: | The locomotion of materials with the use of conveyor belts is widely used and is of extreme importance, especially in the mining sector. In order to carry out this type of transport, conveyor systems composed of several rollers are commonly used. The rollers also support the weight of the transported material. The maintenance of this type of component promotes a high annual cost and, when performed, due to the high weight of the product, it might provide risk to the physical integrity of the operator who is responsible for the replacement of the damaged component. As a way of weight reduction, the adoption of polymeric materials in its manufacture, rather than the usual metallic ones, is a possible alternative. Besides, optimization techniques can also be applied for this purpose. In this context, this work proposes to perform the parametric structural optimization of metallic and polymeric rollers using a methodology with the usage of scripts written in the Matlab platform and a numerical model built in commercial finite element code. In the traditional optimization processes, many iterations are often required, which may be impracticable when the evaluation of the objective function and/or constraints have a high computational cost. In order to overcome this drawback, metamodels based on radial base functions (RBF), which are surrogate models to represent a high-cost function, were used herein. Hence, the optimization is performed in the metamodel itself using the Globalized Bounded Nelder-Mead (GBNM), and an iterative process for refining the metamodel. In the present case, the problem is defined as minimizing the mass of the system, which is subject to the constraints of an allowable misalignment angle of the bearings and an allowable stress. The parameters to be changed (the design variables) are the dimensions of the roller and the shaft. With this strategy, it was obtained a decrease of 32.3% in the mass of a metallic roller project and of 18.9% in a polymeric roller, confirming the functionality of the proposed methodology. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25690 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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