Calibração de simulação numérica de teste de impacto entre um projétil e o teto de uma retroescavadeira

Abstract

Diante do alto custo de protótipos e testes experimentais, os métodos numéricos se mostram uma alternativa robusta e eficiente para o desenvolvimento e otimização de produtos. Este estudo apresenta a calibração de uma análise pelo método de elementos finitos de um teste de impacto de baixa velocidade entre um projétil e o teto de uma retroescavadeira. O problema possui comportamento altamente não linear por apresentar grandes deslocamentos, deformações plásticas, contato e componentes hiperelásticos. Nesta análise, o deslocamento relativo vertical do ponto onde ocorre o impacto no teto foi comparado com os dados obtidos no teste experimental realizado conforme a norma ISO-3449:2005. Diante da não concordância entre os resultados numéricos e experimentais realizou-se uma análise de sensibilidade dos resultados em relação a quatro variáveis do problema: tensão de escoamento; módulo tangente do material; e posição do impacto no teto (ao longo dos eixos x e z). Com isso foi possível a definição das duas variáveis mais influentes, que, quando alteradas através de um procedimento de estimação de parâmetros, permitiram que o modelo numérico fornecesse resultados mais próximos dos experimentais (calibração). O modelo numérico, então calibrado, passou a representar melhor o fenômeno, possibilitando a análise de outras situações de carregamento com maior fidelidade.

Given the high cost of prototyping and experimental testing, numerical methods have became a robust and efficient alternative for product development and optimization. This study presents the calibration of a finite element analysis of a low speed impact test between a projectile and a bulldozer tractor roof. The problem is highly nonlinear one, presenting large displacements, plastic strain, contact and hyperelastic components. In this analysis the relative transverse displacement of the impact area of the roof was compared to data obtained from experimental test performed according to ISO-3449:2005. Since the numerical and experimental results have not agreed very well, a sensitivity analysis of the results was carried out regarding four variables: yield stress, tangent modulus of the material and impact’s location at the roof (along x and z axes). The two most sensitive variables were used to update the numerical model, which generated numerical results in very good agreement to the experimental ones. The updates numerical model now is a better representation of the physical model, allowing the analysis of other load cases with more accuracy and confidence.