Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-04-04T10:35:10Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Guilherme de Oliveira Andrade - 2017.pdf: 3342486 bytes, checksum: f35bb27c1451d7b8969dbf1fe3332a30 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-04-04T10:35:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Guilherme de Oliveira Andrade - 2017.pdf: 3342486 bytes, checksum: f35bb27c1451d7b8969dbf1fe3332a30 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T10:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Guilherme de Oliveira Andrade - 2017.pdf: 3342486 bytes, checksum: f35bb27c1451d7b8969dbf1fe3332a30 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-10 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / In order to attenuate unwanted vibrations, coming from mechanical systems, are increasing research in developing efficient products in the vibrant energy dissipation, being carried out in this line, full characterization of viscoelastic materials for the identification of its main phenomena and effectiveness check, reliability and security. The non-linear behavior of viscoelastic materials, when subjected to cyclic loading, is due to their microstructural characteristics, where it is possible that an effective vibration attenuation occurs. However, the complexity of the proposed problem suggests the implementation of numerical-computational procedures, the So that the deformation rates can be evaluated through harmonic analysis, so that the temperature variations can be defined and the phenomena associated with the material can be analyzed. With this, based on the dissipative characteristics of the material, the present work aims at the application of the same in the automotive area, being applied on the vehicular structure of utility vehicles aiming at the attenuation of the vibrations that arrive to the passenger compartment. To prove the efficacy of the material, the structural modeling of the viscoelastic was carried out in a computer environment (MatLab®) and then the material was inserted into the vehicle structure in the finite element software (Ansys®), where the structural and modal harmonic analysis , Thus verifying attenuations of the order of 8.746% for the second vibrating mode of the structure. However, due to the safety involved in automotive projects, it was necessary to analyze the computational effectiveness of these materials on the wide range of operational and environmental factors in which utility vehicles are submitted, thus guaranteeing the necessary reliability to the project. / Com o objetivo de atenuar as vibrações indesejadas, oriundas de sistemas mecânicos, são crescentes as pesquisas nas áreas de desenvolvimento de produtos eficientes na dissipação de energia vibrante, sendo realizados nesta linha, a caracterização completa de materiais viscoelásticos visando a identificação de seus principais fenômenos e verificação de eficácia, confiabilidade e segurança. O comportamento não-linear de materiais viscoelásticos, quando submetido a carregamentos cíclicos, é devido a suas características microestruturais, onde é possível que ocorra uma eficaz atenuação de vibrações. Entretanto, a complexidade do problema proposto sugere a implementação de procedimentos numérico-computacionais, a fim de que se avalie as taxas de deformações através de analises harmônicas, para que desta forma possam ser definidos as variações de temperaturas e analisados os fenômenos associados ao material. Com isso, tendo como base as características dissipativas do material, o presente trabalho visa a aplicação do mesmo na área automotiva, sendo aplicado sobre a estrutura veicular de automóveis utilitários objetivando a atenuação das vibrações que chegam até o habitáculo. Para comprovação da eficácia do material, primeiramente foi realizada a modelagem estrutural do viscoelástico em ambiente computacional (MatLab®) e em seguida realizada a inserção do material na estrutura veicular no software de elementos finitos (Ansys®), onde foram realizadas a análise harmônica estrutural e modal, verificando assim atenuações da ordem de 8,746 % para o segundo modo de vibrar da estrutura. Porém, vale ressaltar, que devido a segurança envolvida em projetos automotivos, foi necessário que se analisasse computacionalmente a eficácia destes materiais sobre a ampla faixa de fatores operacionais e ambientais na qual veículos utilitários estão submetidos, garantindo assim a confiabilidade necessária ao projeto.

O desempenho acústico em um veículo é fortemente dependente da interação fluido-estrutura entre o ar no habitáculo do veículo e a estrutura metálica. A maioria dos problemas de ruído e vibração relacionados a esta interação provem dos picos de ressonância da chapa metálica, quando excitada por forças externas (pista, motor, vento). A redução dos picos de ressonância pode ser obtida através da aplicação de placas asfálticas (\"Deadeners\") na estrutura. O problema está no posicionamento das placas, que usualmente é realizado experimentalmente por tentativa e erro. Este trabalho propõe o uso da sensibilidade inerente para o posicionamento de \"Deadeners\" em estruturas metálicas veiculares, em particular no teto do veículo. As funções de resposta em freqüência (FRFs) do teto são obtidas experimentalmente e processadas adotando a técnica da sensibilidade inerente, obtendo assim a sensibilidade dos picos de ressonância e identificando os locais passíveis de instalação de \"Deadeners\". Como resultado da análise, é possivel localizar a posição ótima para o \"Deadener\" que maximizará a redução de picos de resonância de interesse. Após o posicionamento dos \"Deadeners\", foi possível verificar a atenuação dos picos de ressonância no teto do veículo, mostrando a eficácia do método utilizado. A maior vantagem do método é que este requer apenas medições de resposta em frequência do sistema original, sem necessidade de modificações na estrutura do veículo para obter a sensibilidade do sistema a modificações. / The Noise Vibration and Harshness (NVH) performance of passenger vehicles strongly depends on the fluid-structure interaction between the air in the vehicle cavity and the sheet metal structure of the vehicle. Most of noise and vibration problems related to this interaction come from resonance peaks of the sheet metal, which are excited by external forces (road, engine, wind). A reduction of these resonance peaks can be achieved by applying deadeners in the sheet metal. The problem is where these deadeners shall be fixed, which is usually done in a trial-anderror basis. In this work, one proposes the use of embedded sensitivity to locate the deadeners in the sheet metal of the vehicle, more specifically in the vehicle roof. Experimental FRFs of the roof are obtained and data is processed by adopting the embedded sensitivity method, thus obtaining the sensitivity of the resonance peaks on the local increase of stiffness due to the deadeners. As a result, by examining the sensitivity functions, one can find the optimum location of the deadeners that maximize their effect in reducing the resonance peaks of interest. After locating the deadeners in the optimum positions, it was possible to verify a strong reduction in resonance peaks of the vehicle roof, thus showing the efficiency of the procedure. The main advantage of this procedure is that it only requires FRF measurements of the vehicle in its original state, not needing any previous modification of the vehicle structure to find the sensitivity functions.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This research is a part of a major project witch comprises the design and building of a functional all terrain vehicle prototype. This type of vehicle is found between the pure off-road vehicles (jeeps) and sport utility vehicles (SUVs). It will also try to combine performance and comfort on and off-road. The main goal is to reach the design of a ladder frame structure using a modern methodology. This method consists of the latest optimization and simulation techniques. The research will also achieve a structure with performance, using the economical viability of a small production. This study represents a contribution to the national small business that can use it to explore markets where bigger industries cannot reach. Initially, parameters were obtained from a structure analysis. This structure belongs to a vehicle that fits the interest category. In the analysis, parameters such as: chassis geometry, torsion and bending stiffness were obtained. These were used to feed the numeric models. The models were built with a commercial software based on the finite element method. The so validated models were simplified and again used as the first step in an automated numerical optimization procedure. After optimization procedures, the design configuration was achieved. The new structure is 75% stiffer (torsion stiffness) than the original model. It is also 5 kg heavier. The new configuration presents also a simpler geometry. It will be easier to be built and can make mass production more efficient. These results allow the research to be continued. First future step will be to build and test the new structure. / Este trabalho de pesquisa é parte de um projeto maior que compreende todas as etapas de concepção, projeto e construção de um protótipo funcional de veículo de uso misto. O veículo em questão deve estar inserido em uma categoria intermediária entre os puramente fora de estrada (tipo jipe) e os chamados utilitários esportivos. Deve conciliar desempenho e conforto, tanto para uso em trilhas quanto em cidades e rodovias pavimentadas. O objetivo principal desta dissertação é desenvolver o projeto de um chassis veicular usando uma metodologia que envolve técnicas modernas de simulação e otimização numérica. Conseqüentemente, obter uma estrutura com o adequado desempenho, levando em consideração a viabilidade econômica de uma produção em pequena escala. Este estudo representa uma contribuição para a indústria nacional de pequeno porte. A partir da utilização de seus resultados poderá explorar nichos de mercado onde as grandes indústrias automobilísticas não atuam. Primeiramente, foram obtidos parâmetros para o projeto a partir da análise da estrutura usada em um veículo de sucesso no mercado nacional, que se enquadra na categoria de interesse. Nesta análise, foram levantadas informações referentes à geometria e rigidez à flexão e torção do chassis. Estes parâmetros foram usados na validação de modelos numéricos modelados em um programa comercial de análise, baseado na técnica dos elementos finitos. Os modelos validados foram então simplificados e utilizados como ponto de partida para um procedimento de otimização numérica automática. Ao final da otimização foi obtida uma configuração de projeto para o novo chassis, que possui rigidez torcional 75% maior que o modelo original. Este resultado foi obtido a partir de um pequeno aumento na massa da estrutura de apenas 5 Kg. Além disto, a nova configuração apresenta geometria mais uniforme, o que facilita sobremaneira sua produção industrial. Os resultados encontrados permitem dar continuidade ao projeto, partindo agora para sua construção e ensaio da estrutura em escala real. / Mestre em Engenharia Mecânica

O desempenho acústico em um veículo é fortemente dependente da interação fluido-estrutura entre o ar no habitáculo do veículo e a estrutura metálica. A maioria dos problemas de ruído e vibração relacionados a esta interação provem dos picos de ressonância da chapa metálica, quando excitada por forças externas (pista, motor, vento). A redução dos picos de ressonância pode ser obtida através da aplicação de placas asfálticas (\"Deadeners\") na estrutura. O problema está no posicionamento das placas, que usualmente é realizado experimentalmente por tentativa e erro. Este trabalho propõe o uso da sensibilidade inerente para o posicionamento de \"Deadeners\" em estruturas metálicas veiculares, em particular no teto do veículo. As funções de resposta em freqüência (FRFs) do teto são obtidas experimentalmente e processadas adotando a técnica da sensibilidade inerente, obtendo assim a sensibilidade dos picos de ressonância e identificando os locais passíveis de instalação de \"Deadeners\". Como resultado da análise, é possivel localizar a posição ótima para o \"Deadener\" que maximizará a redução de picos de resonância de interesse. Após o posicionamento dos \"Deadeners\", foi possível verificar a atenuação dos picos de ressonância no teto do veículo, mostrando a eficácia do método utilizado. A maior vantagem do método é que este requer apenas medições de resposta em frequência do sistema original, sem necessidade de modificações na estrutura do veículo para obter a sensibilidade do sistema a modificações. / The Noise Vibration and Harshness (NVH) performance of passenger vehicles strongly depends on the fluid-structure interaction between the air in the vehicle cavity and the sheet metal structure of the vehicle. Most of noise and vibration problems related to this interaction come from resonance peaks of the sheet metal, which are excited by external forces (road, engine, wind). A reduction of these resonance peaks can be achieved by applying deadeners in the sheet metal. The problem is where these deadeners shall be fixed, which is usually done in a trial-anderror basis. In this work, one proposes the use of embedded sensitivity to locate the deadeners in the sheet metal of the vehicle, more specifically in the vehicle roof. Experimental FRFs of the roof are obtained and data is processed by adopting the embedded sensitivity method, thus obtaining the sensitivity of the resonance peaks on the local increase of stiffness due to the deadeners. As a result, by examining the sensitivity functions, one can find the optimum location of the deadeners that maximize their effect in reducing the resonance peaks of interest. After locating the deadeners in the optimum positions, it was possible to verify a strong reduction in resonance peaks of the vehicle roof, thus showing the efficiency of the procedure. The main advantage of this procedure is that it only requires FRF measurements of the vehicle in its original state, not needing any previous modification of the vehicle structure to find the sensitivity functions.

O trabalho tem por objetivo desenvolver um veículo com massa inferior a 500 kg e que atenda aos requisitos estruturais e biomecânicos conforme regulamentações das Nações Unidas referentes a segurança dos ocupantes, para tal serão aplicadas metodologias de otimização usando metamodelos, que são modelos substitutos aos modelos em elementos finitos. O trabalho apresenta o desenvolvimento de um veículo completo para dois ocupantes, o mesmo é conceitual pois é mais curto e estreito se comparado a um veículo convencional, propiciando a redução do espaço ocupado em centros urbanos. Por meio de simulação numérica computacional será avaliada a capacidade da estrutura em proteger os ocupantes, bem como serão utilizados manequins virtuais para obter as respostas do corpo humano aos diferentes eventos de colisão veicular. São apresentadas técnicas para criação dos metamodelos e definida a melhor aproximação que foi aplicada no processo otimização da estrutura do veículo, objetivando atingir a menor massa possível. Além disto, o veículo precisa cumprir aos requisitos de proteção dos ocupantes em casos de impacto frontal, lateral e traseiro. Também serão avaliadas as respostas biomecânicas dos ocupantes, respostas do corpo humano a forças internas e externas, em impactos veiculares não regulamentados pelas Nações Unidas, mas são procedimentos de teste empregados para avaliar e comparar os resultados entre diferentes veículos. O estudo é inovador pois na formulação dos problemas de otimização são utilizadas funções objetivo e restrições tanto estruturais quanto biomecânicas. O veículo projetado servirá de base para o desenvolvimento de futuros estudos em diferentes áreas e disciplinas da Universidade, podendo ser utilizado na definição, aplicação e validação de novos conceitos. Finalmente, por meio da otimização numérica computacional baseada em metamodelos, demonstra-se que o veículo pode ser melhorado, satisfazendo os requisitos estabelecido e promovendo redução no tempo e no custo de desenvolvimento de um novo veículo. / The work aims to develop a vehicle with mass less than 500 kg and it meets the structural and biomechanical requirements according to the United Nations regulations regarding the occupant protection. To achieve these goals will be applied optimization processes based on metamodels that are surrogate models for finite elements models. The work presents the development of a conceptual full vehicle for two occupants, it is shorter and narrower compared to a conventional vehicle, allowing the reduction of occupied space in urban centers. Through computational numerical simulation will evaluate the ability of the structure to protect the occupants and will be used virtual mannequins to assess the human body responses to different types of vehicular collisions. Techniques to create metamodels will be presented and setting the best approximation that was applied to the optimization process of the vehicle structure with the objective to obtain the lowest possible mass. Furthermore, the vehicle must meet the occupants\' protection requirements in events of frontal, lateral and rear impact. Also, it will be evaluated the occupants\' biomechanical responses in case of vehicular impacts not regulated by United Nations. However, these test procedures are applied to assess and comparing results among different vehicles. The study herein developed presents significant contributions since in the optimization problems are used both structural and biomechanical responses as objective and constraint functions. The vehicle designed will be a basis for the development of future studies in different areas and disciplines of the University. It will be used in the definition, implementation and validation of new concepts. Finally, it is shown that the application of numerical optimization based on metamodels is an effective process to improve the vehicle performance by meeting the requirements and promoting a reduction in time and cost of developing.

O trabalho tem por objetivo desenvolver um veículo com massa inferior a 500 kg e que atenda aos requisitos estruturais e biomecânicos conforme regulamentações das Nações Unidas referentes a segurança dos ocupantes, para tal serão aplicadas metodologias de otimização usando metamodelos, que são modelos substitutos aos modelos em elementos finitos. O trabalho apresenta o desenvolvimento de um veículo completo para dois ocupantes, o mesmo é conceitual pois é mais curto e estreito se comparado a um veículo convencional, propiciando a redução do espaço ocupado em centros urbanos. Por meio de simulação numérica computacional será avaliada a capacidade da estrutura em proteger os ocupantes, bem como serão utilizados manequins virtuais para obter as respostas do corpo humano aos diferentes eventos de colisão veicular. São apresentadas técnicas para criação dos metamodelos e definida a melhor aproximação que foi aplicada no processo otimização da estrutura do veículo, objetivando atingir a menor massa possível. Além disto, o veículo precisa cumprir aos requisitos de proteção dos ocupantes em casos de impacto frontal, lateral e traseiro. Também serão avaliadas as respostas biomecânicas dos ocupantes, respostas do corpo humano a forças internas e externas, em impactos veiculares não regulamentados pelas Nações Unidas, mas são procedimentos de teste empregados para avaliar e comparar os resultados entre diferentes veículos. O estudo é inovador pois na formulação dos problemas de otimização são utilizadas funções objetivo e restrições tanto estruturais quanto biomecânicas. O veículo projetado servirá de base para o desenvolvimento de futuros estudos em diferentes áreas e disciplinas da Universidade, podendo ser utilizado na definição, aplicação e validação de novos conceitos. Finalmente, por meio da otimização numérica computacional baseada em metamodelos, demonstra-se que o veículo pode ser melhorado, satisfazendo os requisitos estabelecido e promovendo redução no tempo e no custo de desenvolvimento de um novo veículo. / The work aims to develop a vehicle with mass less than 500 kg and it meets the structural and biomechanical requirements according to the United Nations regulations regarding the occupant protection. To achieve these goals will be applied optimization processes based on metamodels that are surrogate models for finite elements models. The work presents the development of a conceptual full vehicle for two occupants, it is shorter and narrower compared to a conventional vehicle, allowing the reduction of occupied space in urban centers. Through computational numerical simulation will evaluate the ability of the structure to protect the occupants and will be used virtual mannequins to assess the human body responses to different types of vehicular collisions. Techniques to create metamodels will be presented and setting the best approximation that was applied to the optimization process of the vehicle structure with the objective to obtain the lowest possible mass. Furthermore, the vehicle must meet the occupants\' protection requirements in events of frontal, lateral and rear impact. Also, it will be evaluated the occupants\' biomechanical responses in case of vehicular impacts not regulated by United Nations. However, these test procedures are applied to assess and comparing results among different vehicles. The study herein developed presents significant contributions since in the optimization problems are used both structural and biomechanical responses as objective and constraint functions. The vehicle designed will be a basis for the development of future studies in different areas and disciplines of the University. It will be used in the definition, implementation and validation of new concepts. Finally, it is shown that the application of numerical optimization based on metamodels is an effective process to improve the vehicle performance by meeting the requirements and promoting a reduction in time and cost of developing.