Publicação
Aplicação da simulação computacional à aferição do comportamento mecânico de solas para calçado
| Resumo: | Nesta dissertação do Mestrado Integrado em Engenharia de Polímeros, foi adotado um procedimento de análise mecânica baseado na simulação computacional. O seu foco central foi a aferição e aprimoramento do comportamento mecânico de solas fornecidas pelas empresas Procalçado e Atlanta. Esse esforço foi integrado a um processo de conceção e otimização que culminou na produção de solas e insertos de molde para calçado através de manufatura aditiva. A análise das solas permitiu verificar que o desempenho mecânico foi altamente influenciado pelas caraterísticas geométricas de cada sola. No caso das solas FlotActiv e Grade Convencional, fornecidas pela Procalçado, a propensão dos amortecedores da primeira para a flexão, quando sujeitas à compressão, resultou em deformações e deslocamentos superiores aos causados na estrutura de grade da segunda, ou seja, maior amortecimento e acomodação aos movimentos do calcanhar, além de uma distribuição de tensões mais uniforme face à maior área de contacto entre calcanhar e sola. Em contrapartida, a geometria mais rígida da Grade Convencional exibiu uma tendência à concentração de tensões para cargas idênticas. A abordagem de melhoria tomada para a Grade Convencional, redução da espessura da grade, refletiu-se num comportamento menos rígido, conforme desejado, mas resultou em tensões ainda mais intensas e concentradas, tornando-a inviável para qualquer função. Após um estudo de diversas configurações de amortecedores, efetuado com o intuito de tornar a FlotActiv menos suscetível ao colapso, identificou-se um amortecedor com rigidez duplicada. Este resultou da inclusão de uma protuberância traseira larga à forma original do amortecedor. Os ensaios de "Bennewart", que causaram a flexão da sola Helena da empresa Atlanta, permitiram identificar picos de tensões e pontos de potencial fraqueza, sobretudo na proximidade à linha de flexão. Destacaram-se as regiões de geometria côncava localizadas na sua superfície inferior, devido à sua curvatura e reduzida quantidade de material de suporte, assim como zonas de transição de superfície inferior para lateral, devido à descontinuidade no perfil geométrico ocorrida. Apesar dos diversos obstáculos enfrentados durante a realização da dissertação, incluindo restrições de tempo, problemas relativos à modelação, obtenção de resultados desfavoráveis e não cumprimento de alguns objetivos, demonstrou-se a viabilidade da simulação computacional como ferramenta de apoio à conceção e otimização de calçado. Ajudou a obter uma maior compreensão do impacto de parâmetros geométricos no desempenho mecânico, através de dados fundamentais difíceis de obter experimentalmente. Adicionalmente, em alguns casos, ficou evidenciado o seu potencial para melhoria da eficiência do processo de conceção e otimização. |
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| Autores principais: | Lopes, João Pedro Ferreira |
| Assunto: | Simulação computacional Solas de calçado Indústria de calçado Análise mecânica Distribuição de tensões Deslocamento Design Melhoria de desempenho Conforto Computational simulation Shoe soles Footwear industry Mechanical analysis Stress distribution Displacement Performance enhancement Comfort Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais |
| Ano: | 2024 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Nesta dissertação do Mestrado Integrado em Engenharia de Polímeros, foi adotado um procedimento de análise mecânica baseado na simulação computacional. O seu foco central foi a aferição e aprimoramento do comportamento mecânico de solas fornecidas pelas empresas Procalçado e Atlanta. Esse esforço foi integrado a um processo de conceção e otimização que culminou na produção de solas e insertos de molde para calçado através de manufatura aditiva. A análise das solas permitiu verificar que o desempenho mecânico foi altamente influenciado pelas caraterísticas geométricas de cada sola. No caso das solas FlotActiv e Grade Convencional, fornecidas pela Procalçado, a propensão dos amortecedores da primeira para a flexão, quando sujeitas à compressão, resultou em deformações e deslocamentos superiores aos causados na estrutura de grade da segunda, ou seja, maior amortecimento e acomodação aos movimentos do calcanhar, além de uma distribuição de tensões mais uniforme face à maior área de contacto entre calcanhar e sola. Em contrapartida, a geometria mais rígida da Grade Convencional exibiu uma tendência à concentração de tensões para cargas idênticas. A abordagem de melhoria tomada para a Grade Convencional, redução da espessura da grade, refletiu-se num comportamento menos rígido, conforme desejado, mas resultou em tensões ainda mais intensas e concentradas, tornando-a inviável para qualquer função. Após um estudo de diversas configurações de amortecedores, efetuado com o intuito de tornar a FlotActiv menos suscetível ao colapso, identificou-se um amortecedor com rigidez duplicada. Este resultou da inclusão de uma protuberância traseira larga à forma original do amortecedor. Os ensaios de "Bennewart", que causaram a flexão da sola Helena da empresa Atlanta, permitiram identificar picos de tensões e pontos de potencial fraqueza, sobretudo na proximidade à linha de flexão. Destacaram-se as regiões de geometria côncava localizadas na sua superfície inferior, devido à sua curvatura e reduzida quantidade de material de suporte, assim como zonas de transição de superfície inferior para lateral, devido à descontinuidade no perfil geométrico ocorrida. Apesar dos diversos obstáculos enfrentados durante a realização da dissertação, incluindo restrições de tempo, problemas relativos à modelação, obtenção de resultados desfavoráveis e não cumprimento de alguns objetivos, demonstrou-se a viabilidade da simulação computacional como ferramenta de apoio à conceção e otimização de calçado. Ajudou a obter uma maior compreensão do impacto de parâmetros geométricos no desempenho mecânico, através de dados fundamentais difíceis de obter experimentalmente. Adicionalmente, em alguns casos, ficou evidenciado o seu potencial para melhoria da eficiência do processo de conceção e otimização. |
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