Simulação numérica do comportamento ao impacto de componentes para calçado de segurança

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Os equipamentos de proteção individual (EPI’s) apresentam elevada importância na segurança do trabalhador. O calçado de segurança apresenta-se como o equipamento de proteção individual que tem o intuito de proteger os pés. O calçado de segurança compreende dois componentes, a biqueira e a palmilha, que apresentam elevada importância para a boa funcionalidade deste equipamento. Como a biqueira contribui com 35% do peso final do calçado de segurança, é de extrema importância tentar reduzir o peso deste componente, de modo a melhorar as condições de trabalho do utilizador. O peso da biqueira é dependente do tipo de material utilizado para a sua fabricação, que atualmente pode ser feita com materiais metálicos e não metálicos. Os materiais metálicos utilizados mais usualmente são o aço e as ligas de alumínio e o não metálico é o material compósito. O presente estudo pretendeu avaliar numericamente o efeito do impacto numa biqueira, tentando encontrar alternativas que pudessem melhorar a capacidade de absorção de energia de impacto. Foi avaliado o comportamento elasto-plástico da biqueira através do software Ansys Workbench na sua componente de estudos dinâmicos explícitos, de forma a propor alterações geométricas que melhorem o desempenho do componente selecionado. Inicialmente foi proposto um aumento da espessura na zona superior, designada reforço da biqueira, posteriormente foi proposto um aumento da espessura por toda a biqueira e finalmente, após alguns resultados surgiu uma terceira proposta, onde não só foi aumentada a espessura no local dos reforços, como também foi efetuado um aumento de uma zona especifica.

Personal protective equipment (PPE) has high importance on worker safety. The safety shoes are presented as the personal protective equipment which is intended to protect the feet. The safety shoes comprise two components, the toecap and insole, which have great importance for the proper functionality of this equipment. As the toe contributes 35% of the final weight of the safety shoes is extremely important to try to reduce the weight of this component in order to improve user's working conditions. The weight of the toecap is dependent on the type of material used for its manufacture, which can now be made with metallic and non-metallic materials. The most commonly used metallic materials are steel and aluminum alloys, and non metallic it is the composite material. This study aims to numerically evaluate the effect of impact on a toecap, trying to find alternatives that could improve the ability to impact energy absorption. The elastic-plastic the toecap behavior was evaluated using the Ansys Workbench software component in their explicit dynamic studies in order to propose geometric changes that improve the performance of the selected component. Initially, it was proposed to increase the thickness in the upper region, referred to reinforcing the toecap, and later it proposed an increase in thickness throughout the toecap, and finally, after some results came a third proposal, where the thickness was not only increased in the zone of the reinforcements, as has also made an increase of a specific zone.