O forjamento da maquinaria do porto do navio é um componente chave do equipamento portuário. Sua qualidade e desempenho têm um impacto importante no desempenho e na segurança totais do equipamento portuário. Como o ambiente de trabalho do equipamento portuário é complexo e variável, o desempenho das peças forjadas de máquinas portuárias navais é alto. Para melhorar a qualidade e o desempenho das peças forjadas e reduzir a taxa de falhas do equipamento, é necessário um design otimizado para as peças forjadas de máquinas portuárias marinhas. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada no método dos elementos finitos para o projeto otimizado de peças forjadas para máquinas portuárias navais e suas perspectivas de aplicação.
As pesquisas realizadas no passado focaram em materiais, processos de fabricação e técnicas de reforço para forjamentos de máquinas portuárias de navios. No entanto, existem poucos estudos sobre métodos de dimensionamento otimizados para peças forjadas em máquinas portuárias. Alguns estudos têm se concentrado no estudo das propriedades mecânicas das peças forjadas através de métodos experimentais, tais como tração, compressão, impacto, entre outros, porém esses estudos muitas vezes se restringem a um comportamento mecânico específico e não consideram a otimização das propriedades das peças forjadas como um todo. Além disso, os estudos existentes carecem de uma avaliação do desempenho de peças forjadas para máquinas portuárias em condições reais de trabalho, dificultando a orientação dos problemas na aplicação prática.
O problema de pesquisa desta tese é: um método de projeto otimizado baseado no método dos elementos finitos para forjamentos de máquinas portuárias navais é capaz de melhorar a qualidade e o desempenho do produto? Para resolver este problema, hipotetizamos que a otimização do projeto de peças forjadas para máquinas portuárias navais através do método dos elementos finitos pode melhorar significativamente o desempenho das peças forjadas e reduzir a taxa de falhas do equipamento.
Este trabalho tem como objetivo otimizar o dimensionamento de peças forjadas para máquinas portuárias navais utilizando o método dos elementos finitos. Em um primeiro momento, foram digitalizados os forjamentos mecânicos de navios portuários existentes com o auxílio de um scanner 3d para obtenção de um modelo geométrico tridimensional preciso. Em seguida, o modelo é malhado e analisado mecanicamente através do software de elementos finitos, e as propriedades das peças forjadas são simuladas e analisadas através do ajuste dos parâmetros da malha, parâmetros do material e condições de contorno, entre outros. Ao mesmo tempo, os resultados das simulações são validados e otimizados em conjunto com a metodologia de planejamento experimental.
Através da análise de elementos finitos e da validação experimental, este estudo verificou que as peças forjadas para máquinas portuárias navais, utilizando o método de projeto otimizado, apresentaram melhorias significativas em termos de resistência, tenacidade e desempenho em fadiga. Especificamente, o forjamento otimizado melhora a capacidade de carga máxima, resistência ao impacto e resistência à fadiga em mais de 20%. Além disso, o design otimizado reduz o peso das peças forjadas e melhora a eficiência energética do equipamento.
Os resultados deste estudo confirmam a eficácia do método de projeto otimizado de peças forjadas para máquinas portuárias navais, baseado no método dos elementos finitos. As peças forjadas otimizadas são significativamente melhoradas em termos de resistência, tenacidade e desempenho de fadiga, o que pode ajudar a reduzir a taxa de falhas do equipamento e melhorar a segurança e confiabilidade do equipamento. Este trabalho apresenta um método de análise por elementos finitos mais preciso do que estudos anteriores, considerando um maior número de variáveis de projeto e condições reais de trabalho, resultando em melhores resultados de otimização.
No entanto, este estudo ainda apresenta algumas limitações. Em primeiro lugar, a análise de elementos finitos é um método computacionalmente intensivo que requer altos recursos computacionais e tempo. Em segundo lugar, o número limitado de amostras validadas experimentalmente pode não ser totalmente representativo de todas as situações reais. As futuras linhas de pesquisa podem incluir o desenvolvimento de algoritmos de otimização mais eficientes que melhorem a eficiência computacional, bem como o desenvolvimento de validações experimentais mais amplas para atender a condições de trabalho mais reais.
Este trabalho mostra que o método de dimensionamento otimizado de peças forjadas para máquinas portuárias marítimas, baseado no método dos elementos finitos, é capaz de melhorar a qualidade e o desempenho do produto. Através da análise de elementos finitos e verificação experimental, o forjamento otimizado melhorou significativamente em termos de resistência, tenacidade e propriedades de fadiga, o que ajuda a melhorar a segurança e confiabilidade do equipamento. No entanto, este estudo ainda tem algumas limitações e as futuras linhas de pesquisa podem incluir uma maior otimização de algoritmos e aumento da eficiência computacional, bem como o desenvolvimento de uma validação experimental mais ampla.
