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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2005.tde-30082005-141837
Document
Author
Full name
Gustavo Sobue
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2005
Supervisor
Committee
Augusto, Oscar Brito (President)
Dias, Carlos Alberto Nunes
Varoto, Paulo Sergio
Title in Portuguese
Modelagem paramétrica de pórticos rolantes: estabilidade estrutural e otimização.
Keywords in Portuguese
elementos finitos
máquinas de elevação e transporte
parametrização e otimização
pórticos rolantes
Abstract in Portuguese
O objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta de automatização de cálculo para projeto estrutural de pórticos rolantes. Com o apoio da geração automática de um modelo de elementos finitos e um memorial de cálculo, o projeto estrutural desses equipamentos pode ser rapidamente verificado quanto ao limite de escoamento do material e resistência à flambagem. Optou-se pela utilização do método dos elementos finitos para o cálculo estrutural, pois se trata de uma ferramenta de cálculo moderna, que permite avaliar soluções para as quais não há ferramentas analíticas disponíveis. Porém, o tempo para geração de modelos de cálculo pode ser longo em relação ao cronograma do projeto, principalmente se houver a necessidade de se alterar a geometria inicial ou se existirem várias condições de carregamento a serem analisadas. A utilização de um pré-processador permite que várias alternativas sejam analisadas para escolha da que melhor atenda aos requisitos de projeto e de custo. Assim como ocorre com outras estruturas de engenharia, não existe uma equação de dimensionamento, mas sim de verificação; as estruturas ótimas são procuradas por tentativa e erro com base na experiência do projetista. Para facilitar a busca de uma estrutura ótima, implementou-se também uma rotina para otimizar as estruturas metálicas do pórtico. Adotou-se como função objetivo nesta implementação a minimização da massa, o que no caso dos pórticos implica em redução da área da seção transversal das vigas. Como restrições a esta redução adotaram-se o limite de escoamento do material e limite de estabilidade da estrutura (flambagem). Foram utilizados os aplicativos Excel (Microsoft), Ansys (Ansys Inc.) e Mathcad (Mathsoft) de maneira integrada a fim de se obter uma interface amigável, uma análise estrutural confiável e a elaboração automática de um memorial de cálculo.
Title in English
Gantry cranes parametric modeling: structural stability and optimization.
Keywords in English
finite elements
gantry cranes
parametrization and optimization
transportation and lifting machines
Abstract in English
The objective of this work is to develop a tool to generate an automatic structural design of gantry cranes. With an automatic generation of finite element models and also a design report, this routine allows a fast verification against yield of material and structural instability. The use of the finite element method was chosen for the structural design because it is a modern analysis tool that permits the evaluation of geometric configurations for which there are no analytical formulations available. However, the time necessary to build these models may be high, especially if there are changes in the initial geometry and many load cases. The use of a pre-processor allows the evaluation of a series of geometric alternatives, within which would be chosen the one with the lowest cost that attends the client’s specifications. Like many other engineering problems, there are no direct equations to find an adequate structure; there are only verification procedures available; the optimum structures are searched by trial and error, based on the designers’ experience. To accelerate this search process, an optimization routine was developed. Mass reduction was adopted as the objective function, which leads to reduction of the cross section area of the beams. Yield strength and buckling were adopted as restrictions to this optimization. Excel (Microsoft), Ansys (Ansys Inc) and Mathcad (Mathsoft) software were integrated to provide an user-friendly interface, reliable structural analysis and an automatic report generation.
 
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Publishing Date
2005-09-27
 
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