Optimization of thin sheet structures with patterns perforations

Abstract

Nowadays, metal storage systems are generally used in industrial companies. The several stages of the metallic structures design are based in the standard EN 15512:2009. However, this standard do not the most efficient design solution, only design constraints. In this work, it is intended to improve the structural elements that are on the base of the metal storage systems, particularly shelves, in order to reduce costs and increase the structure stiffness, enforcing the international standard that define the characteristics of these products. The main purpose is the optimization of a representative section of profiled steel component taking into account the variable thickness, geometry and number of perforations. In order to do this a computational finite element model is developed and pre-­‐validated, replacing a numerous set of experimental tests in a design of Experiments (DoE) methodology. The optimized solutions were obtained through a response surface optimization methodology (RSM). The final results were analysed and discussed.

Hoje em dia, os sistemas metálicos de armazenamento são vulgarmente utilizados pela indústria. As várias etapas de projeto destas estruturas metálicas são baseadas na norma EN 15512:2009. No entanto, esta norma não propõe a solução de projeto mais eficiente, apenas as suas restrições. Neste trabalho, pretende-­‐se aperfeiçoar os elementos estruturais que estão na base dos sistemas de armazenamento de metal, particularmente prateleiras, a fim de reduzir custos e aumentar a rigidez da estrutura, satisfazendo a norma internacional que define as características necessárias desses produtos. O objetivo principal é a otimização de uma secção representativa do componente de aço perfilado tendo em conta as variáveis espessura, geometria e número de perfurações. Para isso, é desenvolvido e validado um modelo computacional de elementos finitos, substituindo um numeroso conjunto de testes experimentais numa metodologia de Design of Experiments (DoE). As soluções otimizadas são obtidas através de uma metodologia de otimização baseada numa superfície de resposta (RSM). Os resultados finais são analisados e discutidos.