Simulação e análise estrutural do dispositivo de içamento do motor diesel da locomotiva

Abstract

RESUMO: Nas operações de içamento, os equipamentos de movimentação de carga desempenham um papel crucial, sendo especialmente projetados e fabricados para transportar cargas com pesos e geometrias específicos. Dada essa importância, esses dispositivos são considerados elementos críticos nas operações de manutenção, exigindo atenção especial. Este estudo concentra-se na análise e otimização de dispositivos de elevação de motores diesel na oficina de locomotivas da Vale Tubarão, no Espírito Santo. Utilizando simulações numéricas por meio do Método de Elementos Finitos (MEF) e do Método dos Elementos Finitos Generalizado (MEFG), busca-se melhorar a eficiência do dispositivo atualmente construído com Aço ASTM - A36. Este dispositivo, submetido a uma carga de 20 toneladas, apresenta sinais de deformação que indicam possíveis fragilidades comprometedoras para sua integridade estrutural. O estudo propõe cinco melhorias, envolvendo mudanças no material, variações na geometria e remoção de áreas com baixa demanda mecânica. Os resultados indicam que modificações como a inclusão de buchas elípticas e o aumento da geometria inferior podem significativamente reduzir a tensão máxima no dispositivo. Além disso, a pesquisa compara a eficácia do MEF tradicional com o MEFG, destacando a superioridade deste último, especialmente ao incorporar funções de enriquecimento com funções trigonométricas. A dissertação conclui que a aplicação do MEFG com funções de enriquecimento adequadas oferece uma abordagem mais eficaz na análise de dispositivos complexos, proporcionando resultados mais precisos e uma eficiência computacional otimizada em comparação com o MEF tradicional. No contexto da engenharia estrutural, esta pesquisa representa uma contribuição significativa, servindo como um guia valioso para análises e otimizações futuras em projetos semelhantes na indústria.

ABSTRACT: In lifting operations, load handling equipment plays a crucial role, being specially designed and manufactured to transport loads with specific weights and geometries. Given this importance, these devices are considered critical elements in maintenance operations, requiring special attention. This study focuses on the analysis and optimization of diesel engine lifting devices at the Vale Tubarão locomotive workshop in Espírito Santo. Using numerical simulations through the Finite Element Method (FEM) and the Generalized Finite Element Method (GFEM), the aim is to improve the efficiency of the device currently constructed with ASTM Steel - A36. This device, subjected to a load of 20 tons, shows signs of deformation indicating possible weaknesses compromising its structural integrity. The study proposes five improvements, involving changes in material, variations in geometry, and removal of areas with low mechanical demand. The results indicate that modifications such as the inclusion of elliptical bushes and increasing the lower geometry can significantly reduce the maximum stress in the device. Furthermore, the research compares the effectiveness of traditional FEM with GFEM, highlighting the superiority of the latter, especially when incorporating enrichment functions with trigonometric functions. The dissertation concludes that the application of GFEM with appropriate enrichment functions offers a more effective approach in the analysis of complex devices, providing more accurate results and optimized computational efficiency compared to traditional FEM. In the context of structural engineering, this research represents a significant contribution, serving as a valuable guide for future analyses and optimizations in similar projects in the industry.