Análise e otimização de máquinas quinadoras hidráulicas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Esta dissertação tem como objetivo aplicar os conhecimentos da mecânica estrutural à análise e otimização de máquinas quinadoras hidráulicas, procurando avaliar as deformações nos seus componentes e minimizar os erros de quinagem ao longo do comprimento da linha da dobra, para que se possa garantir a uniformidade do ângulo da chapa quinada. Numa primeira fase, efetua-se um estudo prévio onde se comparam as deformações resultantes de dois carregamentos típicos no processo de quinagem, através da modelação unidimensional e bidimensional dos aventais superior e inferior a fim de avaliar a precisão da teoria de vigas de Timoshenko. Uma vez concluída esta fase, e recorrendo ao método dos elementos finitos, constroem-se os modelos bidimensionais de quinadoras a serem estudados, tendo-se em consideração as condições de fronteira que definem cada modelo. São então analisadas as estruturas a nível das deformações. Por uma questão de simplificação das análises, os carregamentos são considerados estaticamente aplicados e modela-se apenas o comportamento linear elástico dos componentes. Posteriormente, procede-se à otimização dimensional dos modelos criados anteriormente, através da elaboração de programas em linguagens MATLAB e APDL (ANSYS) com o objetivo de minimizar o erro de quinagem. Numa última fase, adaptam-se os programas previamente elaborados para a otimização dimensional de modo a serem feitas otimizações topológicas dos modelos em estudo, nas quais é atribuído ou não material dentro do domínio escolhido. Tem-se para estas otimizações, a situação de problema não constrangido e a de problema constrangido, sendo o constrangimento a fração volúmica de material e a função objetivo o erro de quinagem. Para os dois tipos de otimização é utilizado o mesmo algoritmo, i.e., o algoritmo genético.