Foi realizada uma análise teórico-experimental de isoladores metálicos submetidos ao choque com o objetivo de estabelecer um ferramental teórico de estudo e projeto de tais isoladores. Para tanto, foram ensaiados isoladores de aço ao choque, por intermédio de uma máquina de testes tipo queda-livre. Além disso, foi feita a comparação dos resultados obtidos com dados provenientes de uma análise teórica utilizando a implementação computacional de um modelo teórico simples de estruturas de barras, considerando-se a não linearidade física e geométrica. A resposta dinâmica é obtida pela integração direta das equações de equilíbrio pelo método das diferenças finitas centrais. A seguir são apresentados os resultados dos ensaios destrutivos realizados, para, finalmente os comparamos com os da análise teórica correspondente em termos das deformações finais; das acelerações, velocidades e deslocamentos envolvidos; além de um estudo do espectro de freqüências dos registros experimentais e resultados teóricos obtidos. / A theoretic-experimental analysis of metalic shock absorwers was made with the aim of stabilishing a theoretical tool system for analysis and desing of this kind of absorvers. Steel shock absorvers were tested by means of a free fall testing machine. The experimental data were compared with theoretuical results. The latter were obtained by using a central diference computer program based on a simple rigid body spring model that takes into account physical and geometrical nonlinearities. The experimental results obtained are presented and compared with theoretical results. The latter were obtained by using a central diference computer program based on a simple rigid body spring model that takes into account physical and geometrical nonlinearities. The experimental results obtained are presented and compared with the theoretical ones in terms of strain, displacements, velocities and accelerations. Finallys, the spectra analysis of the experimental and theoretical results is made.

Foi realizada uma análise teórico-experimental de isoladores metálicos submetidos ao choque com o objetivo de estabelecer um ferramental teórico de estudo e projeto de tais isoladores. Para tanto, foram ensaiados isoladores de aço ao choque, por intermédio de uma máquina de testes tipo queda-livre. Além disso, foi feita a comparação dos resultados obtidos com dados provenientes de uma análise teórica utilizando a implementação computacional de um modelo teórico simples de estruturas de barras, considerando-se a não linearidade física e geométrica. A resposta dinâmica é obtida pela integração direta das equações de equilíbrio pelo método das diferenças finitas centrais. A seguir são apresentados os resultados dos ensaios destrutivos realizados, para, finalmente os comparamos com os da análise teórica correspondente em termos das deformações finais; das acelerações, velocidades e deslocamentos envolvidos; além de um estudo do espectro de freqüências dos registros experimentais e resultados teóricos obtidos. / A theoretic-experimental analysis of metalic shock absorwers was made with the aim of stabilishing a theoretical tool system for analysis and desing of this kind of absorvers. Steel shock absorvers were tested by means of a free fall testing machine. The experimental data were compared with theoretuical results. The latter were obtained by using a central diference computer program based on a simple rigid body spring model that takes into account physical and geometrical nonlinearities. The experimental results obtained are presented and compared with theoretical results. The latter were obtained by using a central diference computer program based on a simple rigid body spring model that takes into account physical and geometrical nonlinearities. The experimental results obtained are presented and compared with the theoretical ones in terms of strain, displacements, velocities and accelerations. Finallys, the spectra analysis of the experimental and theoretical results is made.

Foi realizada uma análise teórico-experimental de isoladores metálicos submetidos ao choque com o objetivo de estabelecer um ferramental teórico de estudo e projeto de tais isoladores. Para tanto, foram ensaiados isoladores de aço ao choque, por intermédio de uma máquina de testes tipo queda-livre. Além disso, foi feita a comparação dos resultados obtidos com dados provenientes de uma análise teórica utilizando a implementação computacional de um modelo teórico simples de estruturas de barras, considerando-se a não linearidade física e geométrica. A resposta dinâmica é obtida pela integração direta das equações de equilíbrio pelo método das diferenças finitas centrais. A seguir são apresentados os resultados dos ensaios destrutivos realizados, para, finalmente os comparamos com os da análise teórica correspondente em termos das deformações finais; das acelerações, velocidades e deslocamentos envolvidos; além de um estudo do espectro de freqüências dos registros experimentais e resultados teóricos obtidos. / A theoretic-experimental analysis of metalic shock absorwers was made with the aim of stabilishing a theoretical tool system for analysis and desing of this kind of absorvers. Steel shock absorvers were tested by means of a free fall testing machine. The experimental data were compared with theoretuical results. The latter were obtained by using a central diference computer program based on a simple rigid body spring model that takes into account physical and geometrical nonlinearities. The experimental results obtained are presented and compared with theoretical results. The latter were obtained by using a central diference computer program based on a simple rigid body spring model that takes into account physical and geometrical nonlinearities. The experimental results obtained are presented and compared with the theoretical ones in terms of strain, displacements, velocities and accelerations. Finallys, the spectra analysis of the experimental and theoretical results is made.

A cada ano que passa cresce a preocupação quanto à segurança de passageiros em veículos, isso pode ser concluído analisando a crescente exigência através de normas que determinam a resistência estrutural mínima de veículos frente a diferentes carregamentos extremos. Por outro lado, um mercado automobilístico cada vez mais competitivo exige projetos mais leves, econômicos e baratos. A preocupação ambiental também está em evidência. Com essa diversidade de objetivos, muitas vezes contraditórios, que o engenheiro deve levar em consideração ao projetar um veículo, tornou-se árdua tarefa relacionar todos esses conceitos de maneira harmoniosa. Neste contexto, se apresenta nesse trabalho uma proposta de metodologia para a otimização estrutural, utilizando Algoritmo Genético, de um ônibus sob condições de tombamento. O modelo simplificado de elementos finitos do ônibus é construído com elementos de viga e, nos locais com grande deformação plástica localizada, são acrescentadas rótulas plásticas à estrutura. Para caracterizar as rótulas plásticas são utilizados métodos experimentais e numéricos. Desse modelo numérico do ônibus sob tombamento são extraídos parâmetros que compõe as diferentes funções objetivo propostas e, assim, diversos projetos otimizados são analisados, visando encontrar o melhor projeto para cada estudo realizado. Por fim, conclui-se que a metodologia de otimização proposta representa uma ferramenta muito útil e pode ser empregada durante o desenvolvimento de projetos, agilizando o processo e facilitando a tomada de decisões importantes. / The concern about vehicle passengers’ safety increases along the years, this can be concluded analyzing the constant evolution of requirements through standards, defining minimum structural rigidity of vehicles under different extreme loads. Otherwise, highly competitive automotive market demands lighter, economic and cheaper projects. The ambient concern is also in evidence. This diversity of objectives, many times contradictory, that an engineer must handle during a vehicle development, became an arduous task to relate all these concepts in a harmonious way. In this context, is presented in this paper a proposal of methodology for a structural optimization, applying Genetic Algorithm, of a bus rollover. The simplified finite elements model of the bus is constructed with beam elements and, in places with localized large plastic deformation, plastic hinges are added to the structure. Experimental and numerical methods are used to determine the plastic hinge properties. With this numerical model of the bus rollover, parameters are extracted to compose the different proposals of objective functions and, thus, diverse optimized projects are analyzed, aiming to find the optimum project for each study. Finally, is concluded that the optimization methodology proposal represents a useful tool and can be applied during projects’ development, shortening the process and helping on important decisions.

A cada ano que passa cresce a preocupação quanto à segurança de passageiros em veículos, isso pode ser concluído analisando a crescente exigência através de normas que determinam a resistência estrutural mínima de veículos frente a diferentes carregamentos extremos. Por outro lado, um mercado automobilístico cada vez mais competitivo exige projetos mais leves, econômicos e baratos. A preocupação ambiental também está em evidência. Com essa diversidade de objetivos, muitas vezes contraditórios, que o engenheiro deve levar em consideração ao projetar um veículo, tornou-se árdua tarefa relacionar todos esses conceitos de maneira harmoniosa. Neste contexto, se apresenta nesse trabalho uma proposta de metodologia para a otimização estrutural, utilizando Algoritmo Genético, de um ônibus sob condições de tombamento. O modelo simplificado de elementos finitos do ônibus é construído com elementos de viga e, nos locais com grande deformação plástica localizada, são acrescentadas rótulas plásticas à estrutura. Para caracterizar as rótulas plásticas são utilizados métodos experimentais e numéricos. Desse modelo numérico do ônibus sob tombamento são extraídos parâmetros que compõe as diferentes funções objetivo propostas e, assim, diversos projetos otimizados são analisados, visando encontrar o melhor projeto para cada estudo realizado. Por fim, conclui-se que a metodologia de otimização proposta representa uma ferramenta muito útil e pode ser empregada durante o desenvolvimento de projetos, agilizando o processo e facilitando a tomada de decisões importantes. / The concern about vehicle passengers’ safety increases along the years, this can be concluded analyzing the constant evolution of requirements through standards, defining minimum structural rigidity of vehicles under different extreme loads. Otherwise, highly competitive automotive market demands lighter, economic and cheaper projects. The ambient concern is also in evidence. This diversity of objectives, many times contradictory, that an engineer must handle during a vehicle development, became an arduous task to relate all these concepts in a harmonious way. In this context, is presented in this paper a proposal of methodology for a structural optimization, applying Genetic Algorithm, of a bus rollover. The simplified finite elements model of the bus is constructed with beam elements and, in places with localized large plastic deformation, plastic hinges are added to the structure. Experimental and numerical methods are used to determine the plastic hinge properties. With this numerical model of the bus rollover, parameters are extracted to compose the different proposals of objective functions and, thus, diverse optimized projects are analyzed, aiming to find the optimum project for each study. Finally, is concluded that the optimization methodology proposal represents a useful tool and can be applied during projects’ development, shortening the process and helping on important decisions.

A cada ano que passa cresce a preocupação quanto à segurança de passageiros em veículos, isso pode ser concluído analisando a crescente exigência através de normas que determinam a resistência estrutural mínima de veículos frente a diferentes carregamentos extremos. Por outro lado, um mercado automobilístico cada vez mais competitivo exige projetos mais leves, econômicos e baratos. A preocupação ambiental também está em evidência. Com essa diversidade de objetivos, muitas vezes contraditórios, que o engenheiro deve levar em consideração ao projetar um veículo, tornou-se árdua tarefa relacionar todos esses conceitos de maneira harmoniosa. Neste contexto, se apresenta nesse trabalho uma proposta de metodologia para a otimização estrutural, utilizando Algoritmo Genético, de um ônibus sob condições de tombamento. O modelo simplificado de elementos finitos do ônibus é construído com elementos de viga e, nos locais com grande deformação plástica localizada, são acrescentadas rótulas plásticas à estrutura. Para caracterizar as rótulas plásticas são utilizados métodos experimentais e numéricos. Desse modelo numérico do ônibus sob tombamento são extraídos parâmetros que compõe as diferentes funções objetivo propostas e, assim, diversos projetos otimizados são analisados, visando encontrar o melhor projeto para cada estudo realizado. Por fim, conclui-se que a metodologia de otimização proposta representa uma ferramenta muito útil e pode ser empregada durante o desenvolvimento de projetos, agilizando o processo e facilitando a tomada de decisões importantes. / The concern about vehicle passengers’ safety increases along the years, this can be concluded analyzing the constant evolution of requirements through standards, defining minimum structural rigidity of vehicles under different extreme loads. Otherwise, highly competitive automotive market demands lighter, economic and cheaper projects. The ambient concern is also in evidence. This diversity of objectives, many times contradictory, that an engineer must handle during a vehicle development, became an arduous task to relate all these concepts in a harmonious way. In this context, is presented in this paper a proposal of methodology for a structural optimization, applying Genetic Algorithm, of a bus rollover. The simplified finite elements model of the bus is constructed with beam elements and, in places with localized large plastic deformation, plastic hinges are added to the structure. Experimental and numerical methods are used to determine the plastic hinge properties. With this numerical model of the bus rollover, parameters are extracted to compose the different proposals of objective functions and, thus, diverse optimized projects are analyzed, aiming to find the optimum project for each study. Finally, is concluded that the optimization methodology proposal represents a useful tool and can be applied during projects’ development, shortening the process and helping on important decisions.

A combinação entre excelentes propriedades mecânicas, facilidade de transformação, capacidade de deformação e oferta, faz do aço uma fonte de matéria prima ímpar à indústria de estruturas metálicas. Esta pesquisa estudou o comportamento de membros estruturais de aço soldados, submetidos a impacto de baixa velocidade. Os corpos de prova foram soldados à topo e ângulo, com metal base ASTM A-36 e metal de adição ER70S-6 e ER120S-G. Nos corpos de prova soldados à topo, avaliou-se a influência da adoção de consumível de baixa e alta resistência, além da influência do tratamento térmico de alívio de tensões sob as propriedades mecânicas da junta soldada. Nos perfis estruturais “I” e “T”, as variáveis utilizadas foram: o comprimento da viga, o consumível utilizado, o uso de filete de solda contínuo ou intermitente e a geometria do perfil. Para a realização dos ensaios, desenvolveu-se um martelo de queda com massa de 267 Kg e velocidade de impacto aos corpos de prova a 6,7 m/s Nos corpos de prova soldados à topo avaliou-se o percentual de fratura frágil e dureza no metal de solda, enquanto que, nos perfis “I” e “T” analisou-se a deflexão sofrida pela viga após o impacto, a dureza no metal de solda e a dureza na alma da viga. Ao término deste estudo, pôde-se observar que os espécimes soldados à topo apresentaram redução do percentual de fratura frágil somente para as temperaturas de tratamento térmico a 650 °C enquanto que, na temperatura de 500 °C observou-se aumento do percentual de fratura frágil e dureza no metal de solda. Nos perfis estruturais, quando da adoção de consumível de alta resistência, não houve influência na deflexão das vigas. Ao se comparar a deflexão dos perfis “I” vs perfis “T”, a deflexão dos perfis “I” em nenhum dos casos excedeu 1/3 da deflexão dos perfis “T”, demonstrando desempenho superior, mesmo ao se levar em conta o aumento de massa e consequente aumento de momento de inércia. / The conjunction of pristine mechanical properties, easiness in transformation, strain capability and offer, make steel a valuable raw material to the mechanical structures industry. This research studied the behavior of welded structural members, subjected to low-velocity impact. The test coupons were butt- and fillet welded (“T” and “I” profiles), and the base metal used was the ASTM A-36, and the filler metal adopted was ER70S-6 and ER120S-G. On the butt welded specimens, it was evaluated the influence of using a matching and over-matching filler metal, and the influence of postweld heat treatment on the welded joint’s mechanical properties. On the structural profiles (T- and I-beams) the variables used were: the beam length, filler metal used, continuous or intermittent fillet weld and the profile geometry (T or I). To perform the tests, a guided-fall hammer was built with a mass of 267 kg, hitting the specimens at 6,7 m/s. For the butt-welded specimens, the results were evaluated by brittle fracture percentage and weld metal hardness The “T” and “I” profiles were evaluated through deflection measurement, weld metal and web hardness. By the end of this study, it was observed that, for the but welded joints, only the heat treatment at 650 °C were effective, reducing the percentage of brittle fracture and hardness, while the 500 °C treatment increased the brittle fracture percentage and weld metal hardness. On the structural profiles, when adopting overmatching filler metal, there was no influence on beam deflection. When comparing I- and T-profiles deflections, the deflections of the first never exceed one third of the latter on, showing far superior performance, even when taking into account mass and consequently moment of inertia increase.

O comportamento de veículos terrestres submetidos ao impacto é de grande relevância na engenharia automobilística, existindo um volume considerável de trabalhos técnicos nesta área. O estudo deste tipo de problema empregando modelos de elementos finitos de casca é realizado 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. Nesse contexto, pretende-se no trabalho proposto desenvolver uma metodologia para otimizar, empregando o método dos Algoritmos Genéticos, estruturas unifilares formadas por barras flexíveis e/ou rígidas unidas através de juntas não lineares. O ajuste da rigidez não linear das juntas esféricas e translacionais que simulam o comportamento dos elementos estruturais é obtido a partir da análise de modelos em elementos finitos de casca que capturam o comportamento do tubo de parede fina ou por métodos analiticos. A avaliação da segurança em veículos automotivos do tipo ônibus interurbano ainda não se encontra adequadamente regulamentada. Empresas nacionais do ramo da fabricação de carrocerias de ônibus têm procurado em normas internacionais, no apoio das empresas fornecedoras de chassi, em agências governamentais, tais como o INMETRO, IBAMA e DENATRAN, os subsídios para desenvolvimento de uma tecnologia própria para o projeto de suas estruturas. Uma avaliação da segurança dos ocupantes deste tipo de veículo deve ser um item importante a ser verificado. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação da segurança de estruturas sob ação de impacto frontal e, a partir dela, propor alternativas para prover a estrutura do ônibus da capacidade de absorver toda a energia produzida durante o evento de impacto. / The behavior of vehicles under impact is great importance in automotive engineering with a considerable amount of technical work in this area. The study of this kind of problem using shell finite element models is used with success. However, for certain types of studies, such as structural optimization, requires the ability to create models that, without losing the essence of the problem, to obtain solutions in reduced computational time. In this context, the proposed work is intended to develop a methodology to optimize, using the method of genetic algorithms, single-line structures formed by flexible and/or stiff rods together by non-linear joints. The adjustment of nonlinear stiffness of the spherical and translational joints that simulate the behavior of structural elements is obtained from the analysis of shell finite element models that capture the behavior of thin-walled tube, or otherwise, for analytical methods. The assessment of security in automotive vehicles of the type intercity bus is not properly regulated. National companies in the business manufacture of bus bodies have sought to international standards, supply companies chassis, government agencies such as INMETRO, IBAMA and DENATRAN subsidies for development of a proprietary technology for the design of its structures. An evaluation of the safety of occupants of such vehicle shall be an important item to be checked. This work presents a methodology for assessing the safety of structures under frontal impact and from that one to propose alternatives to provide the bus structure capacity to absorb all energy produced during the impact event.

A combinação entre excelentes propriedades mecânicas, facilidade de transformação, capacidade de deformação e oferta, faz do aço uma fonte de matéria prima ímpar à indústria de estruturas metálicas. Esta pesquisa estudou o comportamento de membros estruturais de aço soldados, submetidos a impacto de baixa velocidade. Os corpos de prova foram soldados à topo e ângulo, com metal base ASTM A-36 e metal de adição ER70S-6 e ER120S-G. Nos corpos de prova soldados à topo, avaliou-se a influência da adoção de consumível de baixa e alta resistência, além da influência do tratamento térmico de alívio de tensões sob as propriedades mecânicas da junta soldada. Nos perfis estruturais “I” e “T”, as variáveis utilizadas foram: o comprimento da viga, o consumível utilizado, o uso de filete de solda contínuo ou intermitente e a geometria do perfil. Para a realização dos ensaios, desenvolveu-se um martelo de queda com massa de 267 Kg e velocidade de impacto aos corpos de prova a 6,7 m/s Nos corpos de prova soldados à topo avaliou-se o percentual de fratura frágil e dureza no metal de solda, enquanto que, nos perfis “I” e “T” analisou-se a deflexão sofrida pela viga após o impacto, a dureza no metal de solda e a dureza na alma da viga. Ao término deste estudo, pôde-se observar que os espécimes soldados à topo apresentaram redução do percentual de fratura frágil somente para as temperaturas de tratamento térmico a 650 °C enquanto que, na temperatura de 500 °C observou-se aumento do percentual de fratura frágil e dureza no metal de solda. Nos perfis estruturais, quando da adoção de consumível de alta resistência, não houve influência na deflexão das vigas. Ao se comparar a deflexão dos perfis “I” vs perfis “T”, a deflexão dos perfis “I” em nenhum dos casos excedeu 1/3 da deflexão dos perfis “T”, demonstrando desempenho superior, mesmo ao se levar em conta o aumento de massa e consequente aumento de momento de inércia. / The conjunction of pristine mechanical properties, easiness in transformation, strain capability and offer, make steel a valuable raw material to the mechanical structures industry. This research studied the behavior of welded structural members, subjected to low-velocity impact. The test coupons were butt- and fillet welded (“T” and “I” profiles), and the base metal used was the ASTM A-36, and the filler metal adopted was ER70S-6 and ER120S-G. On the butt welded specimens, it was evaluated the influence of using a matching and over-matching filler metal, and the influence of postweld heat treatment on the welded joint’s mechanical properties. On the structural profiles (T- and I-beams) the variables used were: the beam length, filler metal used, continuous or intermittent fillet weld and the profile geometry (T or I). To perform the tests, a guided-fall hammer was built with a mass of 267 kg, hitting the specimens at 6,7 m/s. For the butt-welded specimens, the results were evaluated by brittle fracture percentage and weld metal hardness The “T” and “I” profiles were evaluated through deflection measurement, weld metal and web hardness. By the end of this study, it was observed that, for the but welded joints, only the heat treatment at 650 °C were effective, reducing the percentage of brittle fracture and hardness, while the 500 °C treatment increased the brittle fracture percentage and weld metal hardness. On the structural profiles, when adopting overmatching filler metal, there was no influence on beam deflection. When comparing I- and T-profiles deflections, the deflections of the first never exceed one third of the latter on, showing far superior performance, even when taking into account mass and consequently moment of inertia increase.

O comportamento de veículos terrestres submetidos ao impacto é de grande relevância na engenharia automobilística, existindo um volume considerável de trabalhos técnicos nesta área. O estudo deste tipo de problema empregando modelos de elementos finitos de casca é realizado 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. Nesse contexto, pretende-se no trabalho proposto desenvolver uma metodologia para otimizar, empregando o método dos Algoritmos Genéticos, estruturas unifilares formadas por barras flexíveis e/ou rígidas unidas através de juntas não lineares. O ajuste da rigidez não linear das juntas esféricas e translacionais que simulam o comportamento dos elementos estruturais é obtido a partir da análise de modelos em elementos finitos de casca que capturam o comportamento do tubo de parede fina ou por métodos analiticos. A avaliação da segurança em veículos automotivos do tipo ônibus interurbano ainda não se encontra adequadamente regulamentada. Empresas nacionais do ramo da fabricação de carrocerias de ônibus têm procurado em normas internacionais, no apoio das empresas fornecedoras de chassi, em agências governamentais, tais como o INMETRO, IBAMA e DENATRAN, os subsídios para desenvolvimento de uma tecnologia própria para o projeto de suas estruturas. Uma avaliação da segurança dos ocupantes deste tipo de veículo deve ser um item importante a ser verificado. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação da segurança de estruturas sob ação de impacto frontal e, a partir dela, propor alternativas para prover a estrutura do ônibus da capacidade de absorver toda a energia produzida durante o evento de impacto. / The behavior of vehicles under impact is great importance in automotive engineering with a considerable amount of technical work in this area. The study of this kind of problem using shell finite element models is used with success. However, for certain types of studies, such as structural optimization, requires the ability to create models that, without losing the essence of the problem, to obtain solutions in reduced computational time. In this context, the proposed work is intended to develop a methodology to optimize, using the method of genetic algorithms, single-line structures formed by flexible and/or stiff rods together by non-linear joints. The adjustment of nonlinear stiffness of the spherical and translational joints that simulate the behavior of structural elements is obtained from the analysis of shell finite element models that capture the behavior of thin-walled tube, or otherwise, for analytical methods. The assessment of security in automotive vehicles of the type intercity bus is not properly regulated. National companies in the business manufacture of bus bodies have sought to international standards, supply companies chassis, government agencies such as INMETRO, IBAMA and DENATRAN subsidies for development of a proprietary technology for the design of its structures. An evaluation of the safety of occupants of such vehicle shall be an important item to be checked. This work presents a methodology for assessing the safety of structures under frontal impact and from that one to propose alternatives to provide the bus structure capacity to absorb all energy produced during the impact event.