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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32504| Título: | Otimização híbrida por estruturas celulares de rolos de correias transportadoras |
| Título(s) alternativo(s): | Hybrid optimization of conveyor belt rollers using cellular structures |
| Autor(es): | Hartmann, Ricardo Augusto Terui |
| Orientador(es): | Luersen, Marco Antônio |
| Palavras-chave: | Correias transportadoras Otimização estrutural Manufatura aditiva Engenharia de protótipos Simulação (Computadores) Conveyor belts Structural optimization Additive manufacturing Prototypes, Engineering Computer simulation |
| Data do documento: | 27-Jun-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | HARTMANN, Ricardo Augusto Terui. Otimização híbrida por estruturas celulares de rolos de correias transportadoras. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | Sistemas de correias (ou esteiras) transportadoras são responsáveis pelo transporte e movimentação de materiais a granel em diversos setores da economia ao redor do mundo. A correta aplicação e manutenção desses equipamentos é de extrema importância para garantir o funcionamento e o abastecimento contínuo dos materiais que eles transportam. Qualquer parada de funcionamento pode representar uma grande quantia de perdas em faturamento e influenciar o restante da cadeia de suprimentos. Deste modo, o projeto otimizado dessas estruturas com o objetivo da redução de massa pode trazer benefícios, como menor consumo de energia e a facilitação da manutenção e troca dos rolos. Normas de institutos governamentais e de associações industriais apresentam guias e referências construtivas para as correias transportadoras e seus componentes. No entanto, ainda existem algumas lacunas e situações inexploradas. O recente avanço da tecnologia de manufatura aditiva ampliou as possibilidades de projeto, antes limitadas pelos processos produtivos tradicionais. Estudos recentes apresentam a otimização dos rolos, parte fundamental do funcionamento mecânico do sistema das correias transportadoras. Novas geometrias e materiais foram sugeridos. Neste contexto o presente trabalho propõe uma otimização híbrida do projeto de um rolo de carga polimérico, contemplando parâmetros dimensionais desse componente (tubo e eixo) e a topologia por estrutura celular (estrutura tipo lattice) do tubo. Devido ao alto tempo computacional demandado para a realização de uma otimização direta da estrutura lattice, faz-se uso de metamodelagem baseada no método Kriging, sua otimização através do algoritmo Globalized Bounded Nelder-Mead (GBNM) e um processo iterativo de refino do metamodelo. O problema de otimização é definido como a minimização de uma função combinada da massa e da flexibilidade do sistema, sujeita às restrições do ângulo de desalinhamento dos mancais e da tensão admissível do tubo do rolete. Em comparação com resultados obtidos com a utilização da otimização paramétrica, a otimização híbrida trouxe uma redução 10% superior na massa do rolo. A redução de massa obtida a partir dessa metodologia, aplicada a um tipo construtivo de rolete utilizado para transporte de minério, foi de 46,3% em relação ao projeto inicial. |
| Abstract: | Conveyor belt systems are responsible for moving bulk materials in several sectors of economy around the world. The correct application and maintenance of these equipment is extremely important to guarantee the continuous operation and supply of the materials they transport. Any downtime can represent a large amount of lost revenue and influence the rest of the supply chain. In this way, the optimized design of these structures with the objective of reducing mass can bring benefits of lower energy consumption for moving the system and easier maintenance and replacement of rolls. Standards from governmental institutes and industrial associations present guides and constructive references for conveyor belts and their components However, there are still some gaps and unexplored situations. The recent advancement of additive manufacturing technology has provided design freedom, previously limited by production processes. Recent studies present the optimization of rolls, a fundamental part of the mechanical functioning of the conveyor belt system. New geometries and materials were suggested. Within this context is inserted the present work, which proposes a hybrid optimization of the design of a polymeric central roll for a carrying idler, considering dimensional parameters of this component (tube and shaft) and the topology by cellular structure (lattice type structure) of the tube. Due to the high computational time required to carry out a direct optimization of the lattice structure, metamodeling based on the Kriging method is used. Which is optimized through the Globalized Bounded Nelder-Mead (GBNM) algorithm and an iterative metamodel refinement process. The optimization problem is defined as the minimization of a combined function of the mass and the compliance of the system, subject to the constraints of the bearing misalignment angle and the allowable stress of the roller tube. Compared to results obtained through parametric optimization, hybrid optimization brought a 10% greater reduction in the roll mass. The mass reduction obtained from this methodology, applied to a constructive type of roller used to transport ore, was 46.3% compared to the initial project. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32504 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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