Publicação

Development of advanced components for safety footwear - Integrated manufacturing methodology driven by impact events in mechanical design

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A biqueira de proteção trata-se de um componente integrante do calçado de segurança como Elemento de Proteção Individual, com caraterísticas técnicas de resistência mecânica exigidas segundo um contexto normativo. Tal, condiciona o desenvolvimento do conceito de produto. O presente trabalho de investigação, em associação com o projeto cofinanciado S3 – Safety Slim Shoe, almejou o desenvolvimento de uma abordagem multidisciplinar para um novo modelo de alta performance com metas relevantes em modelação concetual e na redução de peso. O estudo de propriedades qualificadas de resistência ao impacto explorou o potencial de soluções combinadas de aços avançados de alta resistência com modelos geométricos para o endurecimento localizado. A resposta estrutural sob uma acentuada otimização de espessura foi avaliada, possibilitando assim, uma discussão orientada na procura de melhorias em modelos com capacidade de absorção de energia. Três materiais distintos UHSS ferrítico-martensíticos foram selecionados e desenvolveu-se a modelação numérica com foco na elevada deformação plástica e na influência de diferentes taxas de deformação. A relação matemática do comportamento dinâmico foi analisada através da aplicação de dois modelos fundamentais constitutivos: A equação de Cowper-Symonds e a equação de Johnson-Cook. Os resultados experimentais obtidos a partir de testes à tração segundo diferentes intervalos de taxa de deformação foram utilizados de forma a determinar parâmetros constitutivos para a caraterização dos materiais. Estes modelos de material foram incorporados em rotinas de simulação numérica de eventos dinâmicos com recurso ao software ANSYS (Explicit Dynamics). A análise com elementos finitos e o desempenho experimental em protótipos reais foram aplicados a dois modelos de biqueira S3, devidamente selecionados a partir do programa de desenvolvimento S3, segundo diferentes variantes combinadas de material e espessura, para uma avaliação de desempenho, a sua adequação e a precisão obtida. Os resultados numéricos e experimentais promoveram uma caracterização comportamental consistente com modelos de deformação que contribuíram, de forma crítica, para a maturidade de desempenho dos protótipos finais. Apresenta-se e valida-se assim um novo componente – biqueira de proteção – que atesta um rácio, melhorado e eficiente, de absorção de energia ao impacto por unidade de peso.
Autores principais:	Costa, Sérgio Luís Ferreira
Assunto:	Aços de alta resistência crashworthiness biqueira de segurança modelação numérica equações constitutivas High Strength Steels crashworthiness safety toe cap numerical modelling constitutive equations
Ano:	2021
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	inglês
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho