Simulação numérica e medição experimental de tensão mecânica em chassi de veículo em condições de operação

Abstract

Os equipamentos utilizados para pavimentação de rodovias e estradas são constituídos por diversos modelos de veículos ou implementos desde rolos compactadores, vibro acabadoras, usinas misturadoras a frio, fresadoras, tanques, aspersoras, tratores, usinas de asfalto entre outros. Estas últimas, as usinas de asfalto, fabricadas na empresa Bomag Marini Equipamentos Ltda, com todos os componentes da usina montados sobre um chassi com vigas estruturais, para rodar em rodovias nacionais e internacionais até o cliente, sendo então estacionada, e alterada as condições de apoio para entrar em operação adotando outra condição de contorno, ou seja, o chassi é rebocado com o auxílio de um cavalo trator e para entrar em operação de fabricação de asfalto são adicionados apoios adicionais devido o incremento de carga. Com o objetivo de validar modificações no projeto estrutural feitas no chassi, este trabalho implementa a instrumentação com extensômetros de resistência elétrica strain gages a fim de avaliar tensões e deformações em pontos críticos do chassi, tanto numa condição estática, com o incremento dos componentes da usina no chassi, quanto numa condição dinâmica em que o sistema se encontra em trânsito. Os resultados das medições estáticas são comparados com um modelo numérico em elementos finitos, o qual é usado para estimativas futuras do comportamento quanto à fadiga nas condições de deslocamento em grandes distâncias. Nas medições dinâmicas pode-se observar modos de vibração do chassi, sendo possível comparar com a simulação numérica a exatidão das informações obtidas pelo sistema de medição, bem como a variação de tensão, para um determinado percurso, ao longo do tempo. A instrumentação baseou-se na plataforma aberta Arduino a qual possibilitou a medição de deformações com o uso dos extensômetros de forma simples, portátil e independente. O trabalho indica como o sistema foi construído, seus componentes e suas características, bem como a incerteza associada. Medições ao longo do tempo de deformações em um ponto crítico, e por conseguinte tensão mecânica, do chassi da usina de asfalto é analisado e comentado assim como a correlação com o modelo de elementos finitos no caso estático. Conclui-se que a instrumentação atendeu aos requisitos mínimos para um sistema que pretenda monitorar tensões mecânicas estando as tensões medidas em ordens de grandezas consideradas seguras para o equipamento.

Equipment used for paving highways and roads are varied consisting of many vehicles or implements from rollers, pavers, mixing plants cold, cold planers, tanks, sprinkler, bulldozers, asphalt plants among others. The latter, asphalt plants the manufactured the Bomag Marini Equipment Ltda, with all plant components mounted on a chassis with structural beams, to run in national and international highways to the customer, and then parked and amended conditions support to start operations by adopting another boundary condition. In order to validate changes in structural design made to the chassis, this work implements the instrumentation with strain gages of electrical strain gages resistance to evaluate stress and strain at critical points of the chassis, both in a static condition, with the increase of plant components the chassis, as a dynamic condition in which the system is in transit. The results of static measurements are compared with a numerical finite element model, which is used to estimate the future behavior and fatigue conditions in displacement over large distances. In the dynamic measurements, one could notice chassis vibration modes, such that it was possible to compare numerical simulation accuracy of the information obtained by the measurement system, as well as stress variation, for a given route, along time. The instrumentation was based on the Arduino open platform which enabled the measurement of deformations with the use of strain gages of simple, portable and independently. The work shows how the system was built, its components and its characteristics as well as the associated uncertainty. Measurements over time of deformation, thus the mechanical stress, at a critical point of the asphalt plant chassis is analyzed and discussed as well as the correlation with the finite element models in the static case. It is concluded that the instrumentation has met the minimum requirements for a system that proposes to monitor mechanical stresses, being the magnitude of the measured stress considered safe for the equipment.