Parametrização e cálculo estrutural através do método dos elementos finitos de uma comporta segmento de fundo

Abstract

As comportas hidráulicas são essenciais para a proteção e operação de canais e barragens, diante disso este trabalho apresenta a parametrização de um modelo em três dimensões (3D) utilizando a ferramenta ilogic, com a linguagem de programação Visual Basic (VB), e o cálculo estrutural pelo método dos elementos finitos (MEF) de uma comporta segmento de fundo com dimensões de 6,0 m de largura (L) por 5,0 m de altura (H), com raio (R) de 10,0 m e submetida a uma pressão hidráulica (Hs) de 45,3 m.c.a, utilizando para isso o software Autodesk Inventor 2014. Esta comporta, que é utilizada em vertedores de fundo de barragens, possui grande complexidade de projeto e cálculo devido a sua geometria radial e a elevada pressão que está submetida. Baseado nisso, foi desenvolvido um modelo 3D parametrizado para criar o projeto da estrutura desta comporta a partir de quaisquer dimensões fornecidas pelo usuário, o que apresentou resultados muito satisfatórios gerando os modelos 3D utilizados neste trabalho na fase de otimização, os quais foram submetidos a análise das tensões e deslocamentos utilizando um mesmo software em todo este processo. O uso desta ferramenta customizada com as características específicas do equipamento resultou em uma grande economia de tempo e de recursos financeiros e humanos no desenvolvimento do projeto, pois esta ferramenta possibilitou a padronização de um processo e também a sua automatização. Contudo, o desenvolvimento desta ferramenta possibilitou o sucesso nos objetivos de otimizar o projeto visando a redução da massa sem qualquer aumento de horas de projeto ou fabricação, sendo obtidas de fato reduções percentuais nas horas de engenharia para o cálculo e projeto da estrutura apresentada de 91% e na massa líquida de 20,8% comparado ao projeto pelo método tradicional da comporta utilizada como referência que já foi construída, sendo estes resultados significativos e conclusivos de que o uso deste método robusto e avançado de projeto pode aumentar a eficiência e a competitividade de fabricantes de equipamentos no mercado.

Hydraulic gates are essential for the protection and operation of canals and dams, given that this research presents the parameterization of a three dimensions (3D) model using the ilogic tool with the programming language Visual Basic (VB), and the structural calculation by the finite element method (FEM) of a gate bottom segment with dimensions of 6.0 m wide (L) by 5.0 m height (H) with radius (R) of 10.0 m subjected to a hydraulic pressure (Hs) 45.3 m.w.c, making use of Autodesk Inventor 2014 software. This entails that is used in dam spillways background, has high calculation complexity and design due to its radial geometry and high pressure is subjected. Based on this, a 3D model was developed parameterized to create the structure of the design of this gate from any dimensions provided by the user, which showed very good results generating 3D models used in this work in the optimization phase, which were subjected to analysis the stresses and displacements using the same software in all of this. The use of this customized tool to the specific characteristics of the equipment resulted in a great savings of time and financial and human resources in the development of the project, because this tool made it possible to standardize a process and also its automation. However, the development of this tool has enabled the success in the objectives of optimizing the design in order to reduce the mass without any increase in hours of design or manufacturing, and obtained indeed percentage reductions in engineering hours to calculate and presented structure 91 project % and the net weight of 20.8% compared to the traditional design of the gate used as a reference method that has already been built, which are significant and conclusive results that the use of this robust method and design of advanced can increase efficiency and competitiveness equipment manufacturers market companies.