Avaliação de metodologias de análise de estruturas de barras submetidas a impacto contra um obstáculo rígido

Abstract

O comportamento de veículos terrestres submetidos ao impacto é de grande relevân-cia na engenharia automobilística, existindo um volume considerável de trabalhos experimentais e teóricos nesta área. O estudo deste tipo de problemas utilizando ele-mentos finitos de casca ou tridimensionais é utilizado com sucesso. No entanto, para certos tipos de estudos, como os de otimização estrutural, é exigida a possibilidade de criar modelos que, sem perder os aspectos essenciais do problema, permitam obter soluções em tempo computacional reduzido. Uma solução que apresenta esta caracte-rística consiste na utilização de sistemas formados por barras que levem em conta as possíveis formas de colapso. Neste contexto pretende-se, no trabalho proposto, reali-zar uma avaliação da performance de um modelo formado por barras flexíveis e/ou rí-gidas unidas por juntas esféricas e translacionais não lineares. No presente trabalho se realiza o ajuste da rigidez não linear das juntas esféricas e translacionais que si-mulam o comportamento dos elementos estruturais a partir da análise de modelos em elementos finitos de casca, que capturam o comportamento de estruturas tubulares de parede fina quando impactadas. Posteriormente a este ajuste, são apresentados exemplos de diferentes graus de complexidade para validar o procedimento utilizado. Finalmente, é apresentado um balanço sobre a performance do modelo simplificado implementado.

The study of the behavior of ground vehicles subjected to impact is of great relevance to the automobile engineering field. A considerable number of experimental and the-oretical papers has been published in this area. Numerical crashworthiness studies, using shell or three-dimensional finite element models, are nowadays successfully conducted. However, for certain types of analysis, such as structural optimization, models are needed that, without losing the essential aspects of the problem, allow obtaining solutions in reduced computational times. A solution that fulfils those re-quirements consists in using bar models that take into account the different possible collapse modes. In this context, a model is developed here using flexible and/or rigid bars linked by means of non-linear spherical or translational connections. The pre-sent paper illustrates the calibration of the non-linear spherical and translational joints linking the bar elements of the system. This way it is possible to incorporate, in a simple reticular system, the behavior characteristics of the real system under im-pact situations. Following this adjustment, validation examples are presented with different levels of complexity. Finally a discussion is offered about the performance of the bar models.