Uma metodologia para simulação e análise estrutural de veículos de transporte de carga

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia para simulação e análise de uma combinação veicular de transporte de carga do tipo bitrem. Inicia-se com o desenvolvimento e calibração de um modelo numérico da suspensão do veículo, que é um item fundamental para a análise dinâmica do semi-reboque. Dessa forma garante-se que esse subsistema importante esteja coerente com a realidade facilitando a calibração do modelo dinâmico do veículo completo. Na segunda etapa, definem-se os pavimentos com base em medições de rugosidade realizadas em estradas nacionais e realiza-se uma simulação de tráfego com objetivo de obtenção dos carregamentos na estrutura do veículo analisado. Através da passagem do veículo real e do modelo numérico por um obstáculo conhecido realiza-se uma calibração. Com os carregamentos obtidos realiza-se uma análise via o método dos elementos finitos. Em virtude da complexidade da estrutura utiliza-se uma metodologia global-local para obtenção dos históricos de tensão nos pontos críticos da estrutura em cada pavimento, que são comparados com medições experimentais através de extensiometria em pavimentos similares. Através dos históricos de tensões realiza-se uma análise de confiabilidade quanto à probabilidade de falha por sobrecarga em cada pavimento. Já a análise de fadiga nesses pontos é realizada através de duas metodologias, uma estatística e a segunda clássica. Na metodologia estatística, foi empregado um modelo de acúmulo de dano baseado na freqüência média da excitação. A metodologia clássica utilizada é a de Wöhler e consiste na contagem de ciclos através do método de Rainflow, correção da tensão média por Goodman e cálculo de dano por Palmgren-Miner. As duas metodologias forneceram indicações similares sobre quais pontos são mais criticamente solicitados.

This work presents the development and application of a methodology for simulation and analysis of a bi-train type vehicular composition. Firstly, the numerical model of the suspension subsystem is built and calibrated using experimental data. This enables an easier calibration of the composition model in the dynamic case. In a second phase, several road tracks are defined through measurements accomplished in typical Brazilian roads and to be used in the dynamic simulations of the vehicle. The objective of these simulations is to evaluate the loads acting on the semi-trailer structure. A comparison with experimental results is carried out for the case of the vehicle passing on a known obstacle. Because of the complexity of the actual structure, a global-local finite element analysis is necessary in order to obtain the stress histories at critical points caused by the road roughness. These results are compared with experimental measurements through strain gages in similar roads. A reliability analysis is carried out to evaluate the failure probability due to overloads in each type of road. The fatigue analysis at critical points is accomplished through two methodologies, one statistic based and other based on a classic method. In the statistical methodology, a model of damage accumulation was used, which is based on the medium frequency of the loading. The classic methodology is the well known Wöhler approach, along with Rainflow cycle counting, Goodman medium stress correction and Palmgren-Miner damage prediction. Both methodologies provided similar results about the points more critically loaded.