[pt] APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL PARA REDUÇÃO DO PESO DE UMA CAMA HOSPITALAR UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

[en] APPLICATION OF STRUCTURAL OPTIMIZATION TECHNIQUES FOR WEIGHT REDUCTION OF A HOSPITAL BED USING THE FINITE ELEMENT METHOD.

[pt] HENRIQUE DORNELLAS STAIB

[pt] METODO DO ELEMENTO FINITO

[pt] REDUCAO DE PESO

[pt] SOLIDWORKS

[pt] OTIMIZACAO PARAMETRICA

[pt] OTIMIZACAO ESTRUTURAL

[pt] MATLAB

[en] FINITE ELEMENT METHOD

[en] WEIGHT REDUCTION

[en] SOLIDWORKS

[en] PARAMETRIC OPTIMIZATION

[en] STRUCTURAL OPTIMIZATION

[en] MATLAB

[pt] A busca por estruturas mais leves tem sido muito frequente em diversos tipos de indústria. Nesse sentido, o presente trabalho tem o objetivo de promover a otimização da estrutura do leito de uma cama hospitalar, por meio da redução de suas dimensões e, consequentemente, do seu peso total. A metodologia consiste em analisar a estrutura do leito da cama, determinar os pontos de apoio, os tipos de apoio utilizados e a distribuição dos carregamentos, com o intuito de determinar a possibilidade de redução do seu peso, mantendo os níveis de tensões atuantes dentro dos limites admissíveis para os materiais utilizados. Os programas computacionais utilizados para a modelagem e as simulações numéricas foram, respectivamente, o SOLIDWORKS e o MATLAB. As modelagens geométricas das subestruturas que compõem o leito da cama foram fundamentais para a determinação dos modelos numéricos aqui analisados. Tais análises numéricas foram realizadas a partir de um código de elementos finitos, desenvolvido neste trabalho, utilizando o MATLAB. O objetivo principal deste código foi a realização de análises estáticas da estrutura, considerando pequenos deslocamentos e um comportamento linear elástico dos materiais. Para a etapa de otimização estrutural, foi desenvolvido um código MATLAB (utilizando a sua função interna “fmincon”), cujo objetivo foi a redução do peso da estrutura, por meio da redução das dimensões dos seus membros (i.e., diâmetros das seções transversais, consideradas tubulares), respeitando as tensões admissíveis dos materiais. Os resultados obtidos mostram uma grande redução do peso da estrutura, a partir das dimensões iniciais que são comumente adotadas comercialmente, comprovando assim a eficiência dos códigos desenvolvidos neste trabalho.

[en] The pursuit of lighter structures has been increasingly common in various industries. In this context, the present work aims to promote a structural optimization of a hospital bed frame by reducing its dimensions, thus decreasing its overall weight. The methodology involves analyzing the structure of the bed frame, determining its support points, types of supports used, and the distribution of loads to assess the potential for weight reduction while maintaining stress levels within acceptable limits f or the materials used. The computational programs employed for modeling and numerical simulations were SOLIDWORKS and MATLAB, respectively. The geometric modeling of the substructures comprising the bed frame was indispensable for determining the numerical models under scrutiny. These numerical analyses were conducted using a MATLAB finite element code developed within this study. The primary objective of this code was to perform static analyses of the structure, considering minor d isplacements and linear elastic behavior of the materials. A MATLAB code was devised for the structural optimization phase, leveraging its internal " fmincon " function. The aim was to reduce the structure s weight by reducing the dimensions of its component s (i.e., diameters of tubular cross sections) while adhering to the allowable stresses of the materials. The obtained results showcase a significant reduction in the structure s weight from the initially prevalent commercial dimensions, thereby affirming t he efficiency of the codes developed in this study.

IVAN FABIO MOTA DE MENEZES

ANDRE DE PAULA CAVALCANTE

2023-12-21

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.65663