Submitted by Dilene Paulo (dilene.fatima@ufcg.edu.br) on 2018-02-07T12:18:55Z No. of bitstreams: 1 DIEGO DAVID SILVA DINIZ – DISSERTAÇÃO PPGEM 2014.pdf: 4871335 bytes, checksum: cfbb94b91722df0a50916a777f1ec43e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-07T12:18:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIEGO DAVID SILVA DINIZ – DISSERTAÇÃO PPGEM 2014.pdf: 4871335 bytes, checksum: cfbb94b91722df0a50916a777f1ec43e (MD5) Previous issue date: 2014-12-03 / CNPq / Atualmente, o desenvolvimento da indústria automotiva e uma maior exigência do mercado estimularam a intensificação dos estudos na dinâmica veicular, levando os fabricantes a focarem seus esforços em produzir e otimizar tecnologias capazes de obter veículos mais rápidos, seguros e confortáveis. Com a evolução da computação, tornou-se viável a realização de simulação numérica para modelos complexos de veículos que fosse capaz de otimizar e compreender o real comportamento dinâmico do veículo, submetidos às situações adversas. Dentro desse contexto, este trabalho visa apresentar um estudo de modelagem computacional (modelo quarter car, half car e multicorpos) aplicados para avaliação do comportamento dinâmico vertical de um veículo do tipo off-road (Baja) com suspensão dianteira e traseira do tipo duplo A. Para este fim, foram feitos levantamentos experimentais dos parâmetros de suspensão associados a estudos da dinâmica vertical de um veículo off-road, do tipo baja, com auxílio da máquina de ensaio dinâmica (MTS 321.21), além de estudos dinâmicos numa mesa inercial por meio de um analisador de vibrações. Mediante os parâmetros, foram construídos e simulados os modelos matemáticos, quarter car e half car no software MATLAB e o carro completo no ambiente multicorpos. Como resultados, foram avaliadas a influência da pressão interna dos pneus, a variação das rigidezes das molas e o efeito do amortecimento em situações comuns, que o veículo fora de estrada pode ser submetido, permitindo avaliar o seu comportamento dinâmico vertical. Assim, os perfis de pistas idealizadas nestes trabalhos foram: lombada, valas e swept sine. Nos experimentos, destaca-se a variação da rigidez radial dos pneus, quando ocorrem mudanças na sua pressão interna, o efeito da variação dos valores das massas não suspensa do sistema, modificando o comportamento dinâmico do veículo no momento de excitação pelas adversidades do solo, e a variação da força de contato pneu/solo com a mudança da pressão interna dos pneus. Ambos esses efeitos causam mudança no comportamento dinâmico vertical e, em alguns casos, até na dinâmica lateral, influenciando no desempenho do veículo, o que torna imprescindível realizar estes tipos de estudos para um melhor entendimento dos fenômenos existentes, durante situações que um veículo off road são submetidos. / Currently, the development of the automotive industry and greater market demand stimulated the intensification of studies on vehicular dynamics, leading manufacturers to centralize their efforts to produce and optimize technologies capable of faster, safer and comfortable vehicles. Through the evolution of computation, it became viable the realization of numerical simulation of complex models of vehicles that would be able to optimize and understand the real dynamic behavior of the vehicle subjected to adverse situations. Within this context, this paper presents a study of computational modeling (quarter car, half car and multibody models) used for assessment of the vertical dynamic behavior of a vehicle type off-road (Baja) with front and rear suspension Double A. To make it possible, surveys of experimental parameters associated with studies of suspension of a vehicle off-road, the baja type, with the aid of dynamic testing (MTS 321.21) vertical machine dynamics were made in addition to dynamic studies in one inertial table through a vibrations analyzer. Through parameters, mathematical models (quarter car and half car) were built and simulated in MATLAB software. The complete car were built and simulated in multibody environment. With the results, there were evaluated the influence of the internal tire pressure, the variation of springs stiffness and the dampening effect throughout ordinary situations to this kind of vehicle and then allowing evaluates its vertical dynamic behavior. Therefore, the profiles of these works were idealized clues: speed bump, ditches and swept sine. In the experiments stands out a variation of the radial stiffness of the tire, when changes occur in their internal pressure, the effect of varying the values of the unsprung mass of the system, modifying the dynamic behavior of the vehicle at the time of excitation by the adversities of the soil, and the variation of contact force tire / ground with the change of the internal pressure of the tires. These effects cause changes in the vertical dynamic behavior, and in some cases even in the lateral dynamics may influence the performance of the vehicle, which makes it essential to make these types of studies to better understand the phenomena existing in situations that are off-road vehicle submitted.

Devido as severas condições as quais veículos militares blindados de esteira são submetidos, o desenvolvimento de modelos que representam o comportamento dinâmico destes veículos torna-se imprescindível, para além da possibilidade de avaliação das intensidades das vibrações ocorrendo na cabine, ser possível criar veículos que tenham vantagens na mobilidade, fator esse que engloba tanto a transposição de obstáculos, como a rodagem em condições menos severas, e por fim, no tempo e na exatidão dos disparos, afetada pelas respostas dinâmicas que o veículo fornece. Para ser possível encontrar um veículo que desempenhe tais condições de forma satisfatória, apenas modelos que representem adequadamente as suas propriedades, apresentando respostas das acelerações e deslocamentos, não são suficientes. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo numérico que tenha a capacidade de simular as condições dinâmicas extremas as quais um veículo de esteira é induzido, e também, otimizar o modelo, com a finalidade de encontrar molas e amortecedores capazes de proporcionar respostas adequadas às funções custo desenvolvidas. Estas funções objetivo são definidas como a combinação linear da aceleração e deslocamento, verticais e rotacionais, em conjunto de restrições impostas, objetivando encontrar uma combinação ideal para mobilidade, tempo e exatidão nos disparos e por fim, molas e amortecedores adequados as condições de logística Para proposta deste estudo, um modelo matemático 2D e um 3D, de um veículo de esteira, foi desenvolvido. O modelo possibilita a avaliação dos graus de liberdade de deslocamento vertical das massas não suspensas e do deslocamento vertical, arfagem e rolagem da massa suspensa. Os efeitos da esteira são modelados como molas verticais lineares exercendo uma força de restauração para alinhar as rodas de rodagem, proporcional ao deslocamento relativo entre essas rodas. A otimização é feita através de ferramentas numéricas presentes no software comercial Simulink, sendo necessário o desenvolvimento das funções custo que caracterizem os objetivos ideais para cada tipo de análise. Os resultados de simulações numéricas sob a forma de cursos de deslocamento de pontos característicos do casco e deslocamentos dos eixos de rodas em um sistema de coordenadas de referência assumido, também estão incluídos, bem como as quantidades de valor RMS de cada uma das respostas, comparando um veículo padrão, com o veículo com a suspensão otimizada. / Due to the severe conditions in which armored military vehicles are submitted, the development of models that represent the dynamic behavior of these vehicles becomes essential, besides the possibility of evaluating the vibration intensities occurring in the cabin, to be possible to create vehicles that have mobility a factor that encompasses both the transposition of obstacles, and the shooting in less severe conditions, and finally, in the time and accuracy of the shots, affected by the dynamic responses that the vehicle provides. In order to be able to find a vehicle that fulfills these conditions satisfactorily, only models that adequately represent its properties, presenting responses of the accelerations and displacements, are not enough. The objective of this work is the development of a numerical model that has the ability to simulate extreme dynamic conditions such as a tracked vehicle is induced, and also to optimize the model with the purpose of finding springs and shock absorbers capable of adequate alternative answers cost functions developed. These are the goals defined as a linear combination of acceleration and displacement, vertical and rotational, together imposed constraints, aiming to find an ideal combination for mobility, time and precision in the shots and, finally, springs and dampers suitable as logistics conditions To propose this study, a 2D and 3D mathematical model of a tracked vehicle were developed. The model allows the evaluation of the degrees of freedom of vertical displacement of the non-suspended masses and the vertical displacement, pitch and roll of the suspended mass. The effects of the track are modeled as linear vertical springs exerting a restoring force to align the road wheels, proportional to the relative displacement between these wheels. The optimization is done through numerical tools present in Simulink software, and it is necessary to develop cost functions that characterize the ideal objectives for each type of analysis. The results of numerical simulations in the form of displacement courses of characteristic hull points and wheel axle displacements in an assumed reference coordinate system are also included, as well as the RMS value quantities of each of the responses, comparing a standard vehicle with the optimized suspension.

A utilização de motores elétricos diretamente nos cubos de roda é uma alternativa de propulsão para um veiculo elétrico ou híbrido muito interessante, pois não necessita do uso de sistemas complexos de transmissão, tornando o conjunto mecânico muito mais simples e, consequentemente, reduzindo a sua massa, atritos e custos. Entretanto, a adição dos motores nas rodas causa o incremento da massa não suspensa, e isto irá afetar o comportamento de dirigibilidade do veículo. Dessa forma, com ajuda da ferramenta de multicorpos, será identificado o que ocorrerá devido ao acréscimo de massa compatível com os motores elétricos de última geração. Para isto, uma série de análises comparativas será realizada, com modelos de veículos baseados na técnica de multicorpos, para o caso de um carro de passeio compacto. Primeiramente, uma análise modal comparando um carro convencional aos carros com a utilização dos motores, no eixo traseiro ou no dianteiro, e uma posterior avaliação das frequências obtidas. Em sequência, também foram realizadas manobras padrão com o modelo de veículo completo e foram observadas maiores influências nos resultados das análises em regime transiente, como a manobra de troca de faixa e a manobra do anzol (\"fishhook\"). Com a ajuda destes resultados, foi possível identificar que as instalações dos motores elétricos nos cubos traseiros causam uma menor influência negativa no desempenho de dirigibilidade, quando comparado com o caso instalado no eixo dianteiro. Através de uma otimização realizada com a ajuda de uma análise de sensibilidade das variáveis do sistema (D.O.E.), baseada na manobra do anzol, foi possível identificar que alterações nas molas, amortecedores e barra estabilizadora são capazes de mitigar os efeitos indesejáveis causados pelo incremento de massa não suspensa. / The electric motors directly in wheel hubs usage is an alternative of propulsion for a electric or hybrid vehicle, since it does not need the use of complex systems of transmission, making the mechanical assembly simpler and, consequently, reducing its mass , frictions and costs. However, the addition of the motors in the wheels causes an increase unsprung mass, and this will affect the vehicle handlings behavior. In that way, with the assistance of the multibody tool, it will be identified the consequences of mass addition, compatible with the moderns electric motors of. In this work, a series of comparative analyzes will be carried out, with vehicle models based on multibody techniques, in the situation of a compact car. First, a modal analysis comparing a conventional car to with the vehicle using hub driven motors, in rear or front axle, and an evaluation of the obtained frequencies. In the sequence, standard maneuvers were also performed with the complete vehicle model, and greater influences were observed in the transient analysis results, such as lane change and fishhook maneuver. With help of these results, it was possible to identify; that the installation of the electric motors in the rear hubs causes a smaller negative influence on the handling performance when compared to the case installed on the front axle. Through an optimization performed with the aid of a system variable sensitivity analysis (D.O.E.) based on the fish hook maneuver, it was possible to identify thtat changes on springs, shock absorbers and stabilizer bar are able to mitigate the undesirable effects caused by the increase of unsprung mass.

As ferrovias, muito importantes para o transporte de pessoas e mercadorias, são também grandes fontes de ruído e vibração no meio urbano e rural. Os esforços dinâmicos devido ao contato aço-aço, entre as rodas e trilhos, são transmitidos à fundação da via e geram ondas vibratórias que se propagam pelo solo até atingir um receptor. Devido aos potenciais danos causados por essas excitações, modelos matemáticos capazes de prever e realizar a propagação das vibrações são de grande importância, podendo nortear ações mitigatórias. Neste contexto, este trabalho propõe a criação de um modelo numérico, utilizando-se de dinâmica multicorpos imerso em um ambiente de elementos finitos com não linearidade geométrica, que procure representar a interação dinâmica no sistema veículo-via e que permita analisar o comportamento das forças de contato roda-trilho. Tal modelo é utilizado com o objetivo de analisar e compreender como as forças dinâmicas de contato são influenciadas pelas características do veículo e da via. Alguns estudos sequenciais foram realizados. Iniciou-se com a avaliação do comportamento do veículo ao trafegar em uma superfície plana. Sequencialmente, considerou-se o veículo trafegando sobre modelos de vigas rígidas, representando os trilhos. Neste caso foram estudados cenários de rolamento e deslizamento. Posteriormente, o valor de uma rigidez equivalente da via foi avaliado por meio de um modelo estrutural e incorporado em um estudo para análise das forças de impacto das rodas ao passarem sobre descontinuidades em trilhos. Os resultados deste trabalho podem ser utilizados como dados de entrada para futuros modelos para previsão de propagação de ondas no solo devido às cargas ferroviárias. / Railways are important to freight and people transportation but are also one of the greatest sources of vibration in urban and rural environments. Dynamic loads are generated in steel-steel contact between wheels and rails and are transferred to foundation. They generate oscillatory waves that propagate through the ground, until finding a receptor. Potential damage due to ground borne vibration has increased the importance of predicting and calculating wave propagation with the aid of computational models, serving as guidelines for mitigating actions. On this context, the present work proposes a numerical model, adopting a multibody rigid-flexible dynamics formulation, based on a nonlinear geometrically-exact finite element description. The aim is to represent the dynamic interaction between the vehicle and the railway, permitting one to analyze wheel-rail contact forces. The model represents the dynamic interaction between vehicle and track and allows one to analyze how the dynamic contact forces are influenced by vehicle and railway characteristics. Some sequential studies were performed, starting from the evaluation of a vehicle running on a plane surface. Next, the scenario of a vehicle running on rigid beams representing the rails was simulated. In this case both sliding and sticking scenarios of contact were considered. Then, the value of an equivalent track stiffness was obtained by a structural model. It was taken as input to another study, which analyzed impact forces between wheels and rails when the vehicle experiences the passage by a discontinuity on the track. The results of the present work may be useful as input data for future prediction models of ground borne vibration due to railway dynamic forces.

Os acidentes com veículos ferroviários podem ter origem em muitos fatores, mas os principais são relacionados com a dinâmica do veículo e carga, via permanente em péssimas condições e operações inseguras nos trens. Os acidentes causam mortes, danos materiais e ao meio ambiente e prejuízos para as operadoras e seus clientes. Para avaliar a dinâmica dos veículos ferroviários, um sistema multicorpos foi desenvolvido (programa computacional) para representar matematicamente um típico veículo ferroviário com seus principais graus de liberdade. As equações de movimento foram desenvolvidas utilizando a equação de Lagrange de movimento, a qual considera princípios da mecânica como: energia cinética, energia potencial e a dissipação de energia do sistema. As equações acopladas e desacopladas são programadas e resolvidas para acelerações, estas são integradas duas vezes, obtendo-se as velocidades e deslocamentos. A partir das repostas do sistema o comportamento do veículo pode ser avaliado em várias condições de operação. A verificação do programa é realizada através de comparações com resultados de outros programas publicados na literatura, onde se verifica uma adequada correlação. Avaliações nos principais regimes de operação são realizadas de forma a simular condições determinadas pela norma AAR e condições extras originadas por irregularidades aperiódicas da via do tipo cusp e jog. Dois tipos de veículos são simulados para representar as condições típicas das ferrovias brasileiras: veículos operando em bitola métrica e em bitola larga. Os resultados das simulações apresentam valores de amplitude e fase que estão de acordo com resultados expostos nas normas e na literatura ferroviária de referência utilizada neste trabalho. A avaliação dinâmica de veículos ferroviários através de um programa computacional é importante, pois considera as principais características dos veículos e via permanente. A possibilidade de representar o veículo com uma configuração simples em relação a programas comerciais permite uma simulação rápida e confiável para determinar respostas em regimes como: hunting, twist e roll, pitch e bounce e yaw e sway. / The accidents with rail vehicles has origin due to many factors, but the main ones are related to the dynamics of the vehicle and load, the spoiled railway and unsafe operations on the trains. Accidents causing deaths, damage to property and the environment and damage to operators and their customers. In order to evaluate the railway vehicles dynamics, it was developed a multibody system (computer program) to mathematically represent a typical railway vehicle with its main degrees of freedom. The motion equations were developed using Lagrange's equation of motion, which takes into consideration the principles of mechanical, as: kinetic energy, potential energy and energy dissipation of the system. The coupled and uncoupled equations are programmed and solved for accelerations, which are twice integrated, in order to have the speeds and displacements. From the system’s responses, the vehicle behavior can be evaluated in several operating conditions. The comparison of the program is accomplished through confrontations with results from other programs in the literature, in which a good correlation is verified. The evaluations in the main regimes of operation are made in a way simulate the conditions determined by the standard conditions and extra conditions caused by aperiodic irregularities of the track. Two types of vehicles are simulated to represent the typical conditions of Brazilian railways: vehicles operating on meter gauge and large gauge. The simulation results show that amplitude and phase values are consistent with results presented in the standards and in the railway literature of reference of this work. The rail vehicles dynamic evaluation through a computer program was important because it considers the main characteristics of vehicles and permanent way. The possibility of representing the vehicle with a simple configuration in relation to commercial softwares allows a fast and reliable simulation to determine responses in regimes as: hunting, twist and roll, pitch and bounce and yaw and sway.

Analisa-se neste trabalho uma operação de montagem de um produto consolidado e em produção, utilizando-se técnicas de Sistemas Multicorpos (MBS). Para testar a viabilidade técnica desta proposta foi desenvolvido um estudo de caso numa empresa fornecedora de bancos para montadoras de veículos. Para tanto, foram comparados dados coletados do processo real na empresa, com resultados obtidos em simulações computacionais utilizando técnicas de modelagem e simulações de sistemas Multicorpos. Dos estudos realizados, conclui-se que a simulação computacional é relevante na fase de concepção do produto. / In this work a consolidated product assembly line is analyzed using Multibody System (MBS) techniques. As its main proposal, the work relates dynamic properties of the process such as forces. Analysis using MBS techniques during the project phase allows improvement in the quality levels and productivity of the operator. A case study was developed to test the technical viability of this proposal in an automobile seating Supply Company. To this end, real process data was collected and compared with computer simulations results. Based on the analyses of the results, it is possible to conclude that computational simulation may be used as a powerful tool during product development phase.

Orientador: Pablo Siqueira Meirelles / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:17:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mognon_RicardoJose_M.pdf: 6522567 bytes, checksum: c295d49c72243d82eac24226d8523fc7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este projeto tem por objetivo estudar um problema de rigidez estrutural de cabina para caminhões e também da trinca de parabrisas laminados devido às forças dinâmicas geradas pelas suspensões de cabinas e chassis em caminhões pesados e extra-pesados. Essa análise será feita, inicialmente, através da validação dos modelos não lineares de amortecimento, molas helicoidais, barras estabilizadoras, bolsões de ar, feixes de molas e coxins utilizados pelas ferramentas computacionais comerciais para simulação dinâmica de sistemas multicorpos ADAMS/CAR, cujos resultados serão comparados aos obtidos por meio de aquisição de sinais experimentais em campo para sua validação. Análises de elementos finitos serão realizadas para verificar áreas críticas ao redor do parabrisa que justifiquem suas quebras. Tais resultados mostraram que a suspensão traseira de chassis está absorvendo pouca energia devido à falta de amortecedores, barra estabilizadora e um feixe de mola mais adequado, acarretando em um aumento na vibração da cabina. Também se constatou que a suspensão dianteira da cabina foi desenvolvida com um coeficiente de amortecimento abaixo do necessário, causando o final de curso em frenagem ou onde as condições de pista possuem muitos obstáculos ou desníveis. Os dois fatores descritos acima reduzem sensivelmente a vida útil dos componentes da suspensão da cabina que, em conjunto com as tensões residuais da variação do processo de fabricação e montagem, reduzem ainda mais a vida útil do parabrisa colado na estrutura da cabina, tornando-o mais sensível a qualquer deformação. Desta forma, uma nova barra estabilizadora para a suspensão da cabina foi desenvolvida reduzindo as forças dinâmicas principalmente laterais, a transmissibilidade e as deformações estruturais na cabina, assim como também culminou na melhoria da qualidade de fabricação, controle e montagem dos parabrisas / Abstract: This project aims to study a problem of structural stability for trucks and also cracks on laminated windscreens due to the dynamic forces of cab & chassis suspensions on heavy & extra heavy trucks. This analysis will be done through the validation of nonlinear damping models, coil springs, antiroll bars, air springs, leaf springs and bump stops using the commercial software tool for dynamic simulation of multibody systems ADAMS/CAR whose results will be compared to those taken by experimental signal acquisitions in the field and finite element analysis by software ABAQUS to find out critical areas around the windscreen in order to explain the cracks. Such results showed that the rear chassis suspension is absorbing low energy due to the lack of shock absorbers, antiroll bar and a correct leaf spring more appropriate, resulting in an increasing in the vibration of the cab. It also found that front cab suspension was developed with a lower damping coefficient what is always necessary to avoid the end of cab suspension stroke on breaking or on track conditions which have many obstacles or unevenness. Both factors mentioned above significantly decrease the lifetime of cab suspension components which together with the residual strengths of production process & assembly decrease even more the lifetime of bonded windscreen on cab structure that more sensitive to any cab deformation. Thus, a new antiroll bar to cab suspension was developed mainly by decreasing the dynamics forces, the transmissibility and the cab structural deformations and also resulted in the improvement of production process, control and assembly of the windscreens / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica

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Hlavní cíl této práce je vyvinout pokročilý výpočtový model dynamiky pístové skupiny. Kontakt mezi pístem a válcem je zprostředkován skrz vrstvu maziva nebo pomocí kontaktu nerovností. To vede k různým režimům mazání, tudíž k různým silovým interakcím působících na plochy kontaktní dvojice. Během řešení hydrodynamiky a kontaktu nerovností, je nutné zahrnout deformaci pístu a válce do výpočtu—přirozeně iterační proces. Jelikož požadavky na výpočtovou síť kontaktních sil a deformaci těles se liší, byl navržen robustní mapovací algoritmus. Výsledky vyvinutého výpočtového nástroje jsou experimentálně verifikovány. Pro tento účel je uskutečněno měření sekundárního pohybu pístu pomocí laserových snímačů vzdálenosti. Měření je vykonáno na experimentálním motoru s bočním vedením ventilů a průhlednou hlavou válce, aby byl přítomen kompresní tlak ve spalovací komoře. Naměřený boční pohyb pístů je znehodnocen. Proto je další analýze potrobeno pouze úhlové natočení pístů. Shoda mezi naměřenými a vypočítanými výsledky variuje pro různé části pracovního cyklu. Dobrá shoda je dosažena během komprese a expanze. Naopak výrazné rozdíly nastávají, když boční síla dosahuje nízkých hodnot: sání a výfuk. Hlavní přínos této práce je vytvoření výpočtového nástroje, který je schopný zahrnout výše popisované jevy, které mají podstatný vliv na dynamiku pístové skupiny. Bohužel to vede k dlouhým výpočtovým časům, zvláště když je zahrnuta deformace. Tento problém řeší navržený paralelní výpočet. To je založeno na paralelizaci podprogramu během vyčíslování citlivostní analýzy. Tímto způsobem je řádově redukován výpočtový čas.

This thesis consists of theoretical overview about motorcycle chassis and suspension systems as well as information about springs and dampers. It is also focused on practical usage of multibody simulation for motorcycle suspension testing which leads to the development of series of virtual riding tests built within MSC Adams View software environment. Then the results are further discussed together with suggestions for future improvement of this model.