Uma abordagem para otimização estrutural de rolos de esteiras transportadoras de minérios

• Autor(a) principal: Ceniz, João Pedro
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25690
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS; 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; Engenharia Mecânica

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.