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Publication
Optimization and analysis of heavy duty steel packaging structure using numerical finite element analysis
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 16.39 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The increasing demand for safer, more sustainable, and more efficient transport solutions is
driving innovation in the packaging industry, particularly in the context of heavy and voluminous
cargo. Despite the standardisation of pallets, discrepancies persist in the protection of large
equipment, necessitating the development of more robust and adaptable structures. This thesis
focuses on developing and optimising a heavy-duty steel packaging structure for the safe and
efficient transportation of heavy and oversized shafts. The project addresses critical challenges
relating to load securing, operational safety, and logistical efficiency. The research methodology
is based on a structured approach incorporating a literature review, design synthesis and
validation, and iterative structural optimisation using Finite Element Analysis (FEA). Design
Science Research (DSR) was adopted to ensure a systematic, application-oriented design
process. Ashby’s method was used to select structural solutions that focus on strength,
durability, and manufacturability. Several design iterations were developed to accommodate
various handling and transport conditions, such as lifting, stacking, and forklift compatibility.
The final packaging solution incorporates functional elements such as adjustable axial brakes,
lashing points, forklift entry channels, and stackable elements to improve usability and
adaptability. FEA simulations confirmed compliance with mechanical resistance criteria,
particularly von Mises stress limits, thereby ensuring the structural integrity of the solution.
Furthermore, the packaging design contributes to sustainability goals by reducing long-term
costs and minimising environmental impact through extending the product's life and increasing
its potential for reuse.
A crescente procura por soluções de transporte mais seguras, sustentáveis e eficientes está a impulsionar a inovação na indústria de embalagens, particularmente no contexto de cargas pesadas e volumosas. Apesar da padronização das paletes, persistem discrepâncias na proteção de equipamentos de grande porte, exigindo o desenvolvimento de estruturas mais robustas e adaptáveis. Esta tese centra-se no desenvolvimento e otimização de uma estrutura de embalagem de aço resistente para o transporte seguro e eficiente de eixos pesados e de grandes dimensões. O projeto aborda desafios críticos relacionados com a fixação da carga, a segurança operacional e a eficiência logística. A metodologia de investigação baseia-se numa abordagem estruturada que incorpora uma revisão da literatura, síntese e validação do projeto e otimização estrutural iterativa utilizando Método de Elementos Finitos (MEF). Foi adotada a metodologia Design Science Research (DSR) para garantir um processo de design sistemático e orientado para a aplicação. Foi utilizado o método de Ashby para selecionar soluções estruturais que se concentram na resistência, durabilidade e capacidade de fabrico. Foram desenvolvidas várias iterações de design para acomodar várias condições de manuseamento e transporte, tais como elevação, empilhamento e compatibilidade com empilhadores. A solução final de embalagem incorpora elementos funcionais, tais como travões axiais ajustáveis, pontos de amarração, canais de entrada para empilhadores e elementos empilháveis para melhorar a usabilidade e a adaptabilidade. As simulações pelo MEF confirmaram a conformidade com os critérios de resistência mecânica, particularmente os limites de tensão de von Mises, de forma a garantir a integridade estrutural da solução. Além disso, o design da embalagem contribui para os objetivos de sustentabilidade, reduz os custos a longo prazo e minimiza o impacto ambiental através do prolongamento da vida útil do produto e do aumento do seu potencial de reutilização.
A crescente procura por soluções de transporte mais seguras, sustentáveis e eficientes está a impulsionar a inovação na indústria de embalagens, particularmente no contexto de cargas pesadas e volumosas. Apesar da padronização das paletes, persistem discrepâncias na proteção de equipamentos de grande porte, exigindo o desenvolvimento de estruturas mais robustas e adaptáveis. Esta tese centra-se no desenvolvimento e otimização de uma estrutura de embalagem de aço resistente para o transporte seguro e eficiente de eixos pesados e de grandes dimensões. O projeto aborda desafios críticos relacionados com a fixação da carga, a segurança operacional e a eficiência logística. A metodologia de investigação baseia-se numa abordagem estruturada que incorpora uma revisão da literatura, síntese e validação do projeto e otimização estrutural iterativa utilizando Método de Elementos Finitos (MEF). Foi adotada a metodologia Design Science Research (DSR) para garantir um processo de design sistemático e orientado para a aplicação. Foi utilizado o método de Ashby para selecionar soluções estruturais que se concentram na resistência, durabilidade e capacidade de fabrico. Foram desenvolvidas várias iterações de design para acomodar várias condições de manuseamento e transporte, tais como elevação, empilhamento e compatibilidade com empilhadores. A solução final de embalagem incorpora elementos funcionais, tais como travões axiais ajustáveis, pontos de amarração, canais de entrada para empilhadores e elementos empilháveis para melhorar a usabilidade e a adaptabilidade. As simulações pelo MEF confirmaram a conformidade com os critérios de resistência mecânica, particularmente os limites de tensão de von Mises, de forma a garantir a integridade estrutural da solução. Além disso, o design da embalagem contribui para os objetivos de sustentabilidade, reduz os custos a longo prazo e minimiza o impacto ambiental através do prolongamento da vida útil do produto e do aumento do seu potencial de reutilização.
Description
Keywords
Pallet Heavy-Duty Steel Packaging Structure Stacking system Lashing solutions Structure design iterations Heavy shaft NEFAB CAD Palete Estrutura de embalagem de aço para cargas pesadas Sistema de empilhamento Soluções de amarração Iterações do projeto da estrutura Eixo pesado