Otimização de sistemas estruturais de aço para suporte de transportadores de granéis sólidos

Abstract

Este trabalho tem como objetivo auxiliar no desenvolvimento de soluções de engenharia para suporte de linhas de transportadores de correia de diferentes dimensões e condições de operação. Diferentemente da maioria dos trabalhos que focam em otimizações de estruturas benchmark, onde variáveis consideradas são contínuas com restrições e cargas previamente idealizadas, este trabalho sugere uma metodologia completa e robusta para a otimização de estruturas reais de aplicação cotidiana, utilizando variáveis de projeto discretas com restrições e cargas obtidas de normas técnicas. Para tal, estruturas de aço recorrentes de suporte de transportadores de correia são identificadas, analisadas e selecionadas de acordo com sua performance e, baseado nas entradas de carregamento aplicadas, são otimizadas visando minimização de massa do sistema estrutural mediante utilização de algoritmo metaheurístico EPSO, que é capaz de lidar com problemas complexos e, norteados por 4 tipos diferentes de dados de entrada, 4 variáveis de projeto e múltiplas restrições envolvendo tensão, deformação, deslocamento, flambagem, frequência e aceleração limites de acordo com diversas normalizações nacionais e internacionais. Nesse contexto, são estudados 672 casos distintos e obtidos os mínimos da função objetivo de forma discreta para cada um deles. Os resultados apresentados demonstram a influência e representatividade de cada subsistema estrutural no âmbito do computo da massa total do sistema integrado, possibilitando a compreensão quanto ao seu funcionamento bem como às características intrínsecas dos modelos estruturais analisados. Ainda, são apresentadas Tabelas e Gráficos e fornecidas informações para implantação em campo das soluções encontradas. Adicionalmente, acredita-se que a metodologia proposta seja uma substancial ferramenta de auxílio técnico ao projetista desse tipo de sistema estrutural.

This work aims to assist in the development of engineering solutions to support belt conveyor lines of different dimensions and operating conditions. Unlike most works that focus on the optimization of benchmark structures, where variables and loads considered are continuous with previously idealized constraints, this work suggests a complete and robust methodology for the optimization of real structures of usual application, using discrete design variables with constraints and loads obtained from technical codes. To this end, recurring steel support structures are identified, analyzed, and selected according to their performance and, based on the applied loading inputs, are optimized to minimize the mass of the structural system by using the EPSO meta-heuristic algorithm, which is capable of to deal with complex problems, guided by 4 different types of input data, 4 design variables and multiple constraints involving stress, deformation, displacement, buckling, frequency, and acceleration limits according to various national and international standards. In this context, 672 different cases are studied and the objective function minima are obtained discretely for each one of them. The results presented demonstrate the influence and representativeness of each structural subsystem within the scope of the computation of the total mass of the integrated system, enabling an understanding of its functioning as well as the intrinsic characteristics of the analyzed structural models. Also, Tables and Graphs are presented and information is provided for field implementation of the solutions found. Additionally, it is believed that the proposed methodology is a substantial technical assistance tool for the designer of this type of structural system.