Determinação das respostas dinâmicas de veículos à excitação causada por diferentes perfis de pista através de análise espectral

Abstract

O trabalho proposto consiste em determinar a resposta dinâmica de dois modelos de ¼ de veículo, representando um automóvel e um caminhão, quando estes trafegam a diferentes velocidades sobre diferentes perfis de pista. Para tanto, inicialmente são gerados os sinais de excitação de base, que representam as irregularidades dos diferentes perfis de pista, a serem impostos aos modelos de veículo. A representação dos perfis de pistas é feita através de suas densidades espectrais de potência, de acordo com a metodologia prevista na norma ISO 8608 (1995). São definidas as velocidades dos veículos e os perfis de pista a serem considerados como parâmetros de entrada. Uma rotina numérico-computacional é elaborada em linguagem MATLAB, de modo a simular os comportamentos dinâmicos dos dois modelos de veículo propostos em resposta às excitações causadas pelos diferentes parâmetros de entrada. O método de Shinozuka é utilizado para a obtenção dos perfis de irregularidade das pistas a partir das equações de densidade espectral de potência (PSD) que representam as diferentes classes de pavimentos. O método das diferenças finitas centrais é utilizado para obter o sinal temporal de aceleração imposto à base dos modelos de veículo a partir dos sinais temporais que representam os perfis de irregularidade das pistas, e o método de Newmark é utilizado para resolver a equação diferencial de movimento e obter as respostas dos modelos a estas irregularidades. É feita uma comparação entre os resultados obtidos com dados experimentais encontrados na literatura, bem como uma análise comparativa dos comportamentos dinâmicos dos modelos de veículos em resposta a variação dos parâmetros de entrada considerados.

The proposed monograph consists in determining the dynamic response of two quarter-vehicle models, representing a car and a truck, when they travel at different speeds on different road profiles. For such, the base excitation signals are initially generated, representing the irregularities of different road profiles. The road profiles representation is made through its power spectral densities, according to the ISO 8608 (1995) standard methodology. The vehicle velocities and the road profiles considered as input parameters are defined. A numerical-computational routine is developed in MATLAB language, in order to simulate the dynamic behaviors of both of the proposed vehicle models in response to excitations caused by different input parameters. The method proposed by Shinozuka is used to obtain the road irregularity profiles from the power spectral density equations (PSD) that represent the different pavement classes. The central finite differences method is used to obtain the temporal acceleration signal imposed to the vehicle models’ base from the temporal signals representing the road irregularity profiles, and the Newmark method is used to solve the movement differential equation in order to obtain the vehicle models’ responses to these irregularities. A comparison between the obtained results and experimental data from the literature is made, as well as a comparative analysis of the vehicle models’ dynamic behavior in response to variation of the input parameters considered.