Otimização estrutural de rolo polimérico de correias transportadoras utilizando modelos substitutos e o método CMA-ES

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Autor(es): dc.contributorLuersen, Marco Antônio-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0002-3769-8815-
Autor(es): dc.contributorhttps://lattes.cnpq.br/4815765372448868-
Autor(es): dc.contributorFerreira, Ana Paula Carvalho da Silva-
Autor(es): dc.contributorhttps://lattes.cnpq.br/7311612508009533-
Autor(es): dc.contributorLuersen, Marco Antônio-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0002-3769-8815-
Autor(es): dc.contributorhttps://lattes.cnpq.br/4815765372448868-
Autor(es): dc.contributorMuñoz Rojas, Pablo Andrés-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0002-5521-022X-
Autor(es): dc.contributorhttps://lattes.cnpq.br/3512346811457420-
Autor(es): dc.creatorCarloto, Tainara Caroline-
Data de aceite: dc.date.accessioned2026-08-11T10:59:21Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2026-08-11T10:59:21Z-
Data de envio: dc.date.issued2026-05-12-
Data de envio: dc.date.issued2026-05-12-
Data de envio: dc.date.issued2026-03-06-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40409-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1186262-
Descrição: dc.descriptionThis dissertation presents the development of a structural optimization methodology applied to the design of polymeric rollers used in mineral conveyor belts. The objective is to reduce the overall mass of the assembly while maintaining mechanical integrity requirements and compliance with normative constraints. The proposed methodology consists of two sequential stages. In the first stage, a parametric optimization is performed to define the optimal geometry of the polymeric outer tube and the metallic shaft, considering a wider range of inner tube radii and outer shaft radii than those typically adopted in previous studies. Subsequently, a topology optimization is applied to the resulting outer tube geometry, exploring three lattice-type cellular structure configurations. A relevant feature of this work is that the structural analyses account for the viscoelastic behavior of polymeric materials, enabling a more realistic representation of the time-dependent mechanical response of the system. To make the optimization process computationally feasible, metamodels based on radial basis functions are employed and integrated with finite element simulations. The search for optimal solutions is carried out using the CMA-ES algorithm, whose performance is compared with the GBNM method previously used by other authors in similar cases. The results indicate that the parametric optimization achieved a mass reduction of approximately 41% relative to the reference design. The topology optimization stage led to an additional but limited mass reduction, on the order of 4% compared to the parametric-optimized design. Furthermore, the CMA-ES algorithm demonstrated performance comparable to that of GBNM in terms of solution quality and computational time, confirming its applicability and robustness for structural optimization problems.-
Descrição: dc.descriptionEsta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de otimização estrutural aplicada ao projeto de rolos poliméricos utilizados em correias transportadoras de minério. O objetivo é reduzir a massa do conjunto, mantendo os requisitos de integridade mecânica e atendimento às restrições normativas. A metodologia proposta é composta por duas etapas sequenciais. Na primeira etapa, realiza-se uma otimização paramétrica para a definição da geometria ótima do tubo externo polimérico e do eixo metálico, considerando uma faixa de valores de raios internos do tubo e externos do eixo mais ampla do que a usualmente adotada em estudos anteriores. Em seguida, aplica-se uma otimização topológica sobre a geometria obtida do tubo externo, explorando três configurações de estruturas celulares do tipo lattice. Como característica relevante do trabalho, as análises estruturais consideram o comportamento viscoelástico dos materiais poliméricos, possibilitando uma representação mais realista da resposta mecânica do sistema dependente do tempo. Para viabilizar o processo de otimização do ponto de vista computacional, são empregados metamodelos baseados em funções de base radiais, integrados a simulações por elementos finitos. A busca pelas soluções ótimas é conduzida pelo algoritmo CMA-ES, cujo desempenho é comparado ao método GBNM já utilizado previamente por outros autores em casos similares. Os resultados indicam que a otimização paramétrica proporcionou uma redução de massa de aproximadamente 41% em relação ao projeto de referência. A etapa de otimização topológica resultou em uma redução adicional limitada de massa, da ordem de 4% em relação ao projeto previamente otimizado parametricamente. Observou-se ainda que o algoritmo CMA-ES apresentou desempenho equivalente ao GBNM em termos de qualidade das soluções e tempo computacional, demonstrando sua aplicabilidade e robustez para problemas de otimização estrutural.-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languagept_BR-
Publicador: dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paraná-
Publicador: dc.publisherCuritiba-
Publicador: dc.publisherBrasil-
Publicador: dc.publisherPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais-
Publicador: dc.publisherUTFPR-
Direitos: dc.rightsopenAccess-
Direitos: dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/-
Palavras-chave: dc.subjectOtimização estrutural-
Palavras-chave: dc.subjectCorreias transportadoras-
Palavras-chave: dc.subjectPolímeros - Propriedades mecânicas-
Palavras-chave: dc.subjectViscoelasticidade-
Palavras-chave: dc.subjectModelos matemáticos-
Palavras-chave: dc.subjectMétodo dos elementos finitos - Processamento de dados-
Palavras-chave: dc.subjectStructural optimization-
Palavras-chave: dc.subjectConveyor belts-
Palavras-chave: dc.subjectPolymers - Mechanical properties-
Palavras-chave: dc.subjectViscoelasticity-
Palavras-chave: dc.subjectMathematical models-
Palavras-chave: dc.subjectFinite element method - Data processing-
Palavras-chave: dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS-
Palavras-chave: dc.subjectEngenharia Mecânica-
Título: dc.titleOtimização estrutural de rolo polimérico de correias transportadoras utilizando modelos substitutos e o método CMA-ES-
Título: dc.titleStructural optimization of conveyor belt polymeric rollers using surrogate models and the CMA-ES method-
Tipo de arquivo: dc.typelivro digital-
Aparece nas coleções:Repositorio Institucional da UTFPR - RIUT

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