Com o rápido desenvolvimento da indústria de logística global, as máquinas portuárias desempenham um papel cada vez mais importante no transporte de mercadorias e na rotatividade logística. Como uma parte importante da maquinaria portuária, o desempenho e a qualidade do forjamento marítimo da maquinaria portuária afetam diretamente a eficiência operacional e a segurança de todo o porto. Assim, a análise por elementos finitos e a simulação de peças forjadas para máquinas portuárias navais são importantes para melhorar seu desempenho e qualidade, reduzindo falhas nos equipamentos. Este trabalho apresenta métodos de análise por elementos finitos e simulação de peças forjadas para máquinas portuárias de navios, com o intuito de contribuir com pesquisas em áreas relacionadas.
A análise por elementos finitos é um método amplamente utilizado na análise de engenharia, que discretiza problemas contínuos em um número finito de elementos para análise, através da discretização de sistemas complexos. Na análise de forjamentos mecânicos em portos marítimos, o método dos elementos finitos (mef) pode efetivamente simular o comportamento mecânico do forjamento e fornecer uma base confiável para o projeto e simulação otimizados.
Inicialmente, a geometria real das peças forjadas em máquinas portuárias de navios foi obtida por meio de um scanner 3d e o modelo foi construído por meio de um software de elementos finitos. Durante o estabelecimento do modelo, as características estruturais reais do forjamento devem ser totalmente consideradas para simplificar adequadamente o modelo, garantindo que a precisão dos resultados da análise não seja afetada.
Em segundo lugar, as propriedades materiais do modelo são definidas. Com base nas características reais do material das peças forjadas, tais como módulo de elasticidade, razão de poisson e densidade, elas são inseridas no software de elementos finitos para realizar a simulação das propriedades reais do material.
Além disso, o modelo precisa ser ajustado de acordo com as condições de trabalho reais. As restrições devem ser definidas considerando o ambiente de trabalho real e as condições de trabalho do forjamento da máquina do porto do navio, como a situação de força, a mudança de temperatura, etc., a fim de tornar os resultados da simulação mais próximos da situação real.
Por fim, foram realizados cálculos de simulação através do software de elementos finitos para obtenção dos parâmetros de tensão, deformação, modal e vibração das peças forjadas para máquinas portuárias em diversas condições de trabalho. A análise destes parâmetros permite uma compreensão completa das propriedades das peças forjadas e fornece uma base para um projeto otimizado.
Através da análise de elementos finitos das peças forjadas de máquinas portuárias, podemos obter os seguintes resultados principais:
Tensão e deformação: a análise de elementos finitos pode calcular com precisão a distribuição de tensão e a deformação do forjamento em várias condições de trabalho. Ao comparar o esforço e a deformação sob diferentes soluções de projeto ou diferentes condições de processo, você pode avaliar a racionalidade de seu projeto ou processo e fornecer uma base para o projeto ideal.
Modo e vibração: a análise modal pode concluir a frequência natural e o tipo de vibração da peça forjada. A análise de vibração pode simular sua resposta vibratória quando submetida a excitação externa. Ao otimizar os parâmetros modal e vibracional, é possível elevar as propriedades dinâmicas das peças forjadas e reduzir o risco de ruptura por ressonância.
Problemas de contato: a análise de elementos finitos também pode simular o comportamento de contato entre peças forjadas, incluindo pressão de contato, atrito, etc. Ao otimizar as propriedades de contato, a estabilidade e a resistência ao desgaste das peças forjadas podem ser aumentadas e sua vida útil prolongada.
Através da análise de elementos finitos e simulação de peças forjadas para máquinas portuárias, podemos realizar uma avaliação abrangente do seu desempenho e, em seguida, otimizar seu processo de projeto e fabricação. A prática mostra que este método tem resultados significativos para melhorar o desempenho e a qualidade das peças forjadas em máquinas portuárias, diminuindo as falhas de equipamentos.
No entanto, apesar dos resultados expressivos da análise por elementos finitos no estudo de peças forjadas em máquinas portuárias, ainda existem alguns desafios e problemas que necessitam de mais estudos. Por exemplo, como simular com mais precisão o comportamento não linear de materiais, como lidar com problemas de contato complexos, etc. Pesquisas futuras devem se concentrar nessas áreas para melhorar a precisão e a confiabilidade da análise de elementos finitos.
Além disso, com o avanço da tecnologia computacional e dos métodos numéricos de cálculo, a análise de elementos finitos no futuro considerará mais o acoplamento de campo multi-físico, multi-escala e outros fatores, a fim de simular com mais precisão o desempenho de forjamentos mecânicos portuários em condições reais de trabalho. Isso ajudará a melhorar ainda mais o nível de design e a qualidade de fabricação de peças forjadas para máquinas portuárias.
