O uso de simulações computacionais no campo da engenharia vem se tornando cada vez mais freqüente. Este trabalho aplica diferentes tipos de análise, Método Multicorpos e Método dos Elementos Finitos, para estudos dinâmicos e estruturais, como ferramenta de auxílio no desenvolvimento de veículos terrestres. Através de métodos de integração numérica e posteriormente a utilização do método dos multicorpos, uma suspensão independente dianteira de um veículo foi isolada, considerada como um conjunto de corpos unidos por juntas, movidos por forças e restringidos por batentes. O comportamento dinâmico do sistema foi determinado submetendo o modelo a entradas provenientes do pavimento. O Método dos Elementos Finitos já é considerado como ferramenta potente para o cálculo estrutural. Para abordar tal tema, foi construído um modelo discretizado em Elementos Finitos de um veículo comercial completo. Este modelo foi submetido a simulações de situações de situações reais quasi-estáticas e dinâmicas, utilizando algoritmos implícito e explícito, dependendo do fenômeno considerado. A partir destes, puderam ser verificadas a performance estrutural e a segurança passiva do veículo arremessado a obstáculos cotidianos. O último estudo retrata que com a fusão dos métodos é possível, através de programas dedicados, prever a dinâmica de um modelo encriptado de um boneco tipo HYBRIDIII, quando submetido a um pulso de desaceleração no interior de um veículo com e sem bolsa de segurança(airbag). Todos os resultados obtidos foram comparados à realidade ou \"benchmark\". Os obstáculos enfrentados permitiram definir qual ferramenta melhor se encaixa num contexto de desenvolvimento dentro de uma corporação. / The use of computational tools in various engineering fields has increased over the last years. Mathematical modelling is identified as being the most adequate tool for simulating real service conditions along several product development phases. This work investigates different dynamic and structural analysis used for ground vehicle development tools. By numerical integration using the Multibody system method, an independent suspension was isolated from the car and considered as bodies connected by joints, moved by forces and constrained by stoppers. The dynamic behaviour of the systems was predicted when submitted to input exclusively from the ground. The Finite Element Method is already considered a very powerful simulation tool. In order to study the method, a full vehicle model was built and submitted to quasi-static and dynamic inputs. Both implicit and explicit methods were used to simulate different situations. The vehicle had its structural performance analysed related to durability and safety aspects. The last analysis that shows the fusion of methods is possible using dedicated computational tools to simulate the passenger kinematics by using an encrypted dummy and an airbag model under a deceleration pulse as input. AlI the results were compared to experimental and benchmark results. Also the difficulties emerged from each tool were pointed out in order to define which is the most appropriate within the development context.

A capacidade de simulação nos atributos de dinâmica veicular tem crescido nos últimos anos, especialmente para os atributos de handling (manobrabilidade e estabilidade) e steering (dirigibilidade). Entretanto, as simulações de ride (em especial dos fenômenos de ride secundário) continuam muito dependentes de modelos sofisticados de pneus. Tais modelos devem ser capazes de simular fenômenos de freqüência mais alta tais como impacto e transmissibilidade de aspereza em três direções. Este trabalho apresenta uma abordagem semi-analítica para o problema de simulação de fenômenos de ride, através do uso de dados de medição em pista gerados através de transdutores de força (wheel force transducers, WFTs). Tais transdutores são tipicamente usados para fins de cascateamento de cargas e durabilidade. Através do uso de tais carregamentos, é possível simular fenômenos de ride em toda a faixa de frequência de estudo (até 8 Hz para ride primário e até 100 Hz para ride secundário) sem a necessidade de um modelo específico de pneu. Usando um modelo de veículo completo construído no software ADAMS, são apresentados dados de correlação com o veículo real e um estudo de caso através da alteração de propriedades de elementos tais como amortecedores, coxins e buchas de suspensão. / Vehicle dynamics CAE capabilities has increased in the past few years, specially, for handling and steering attributes. However, secondary ride simulations are still highly depended on the tire model. Such tire model must be capable to simulate high order phenomenon such as impact and harshness transmissibility in three directions. This dissertation presents a semi-analytical approach to the ride phenomena simulation problem, using data gathered via wheel force transducers (WFTs) that are typically used for load cascading and durability purposes. Using such load histories, it becomes possible to simulate ride phenomena through the whole typical ride frequency range (up to 8 Hz for primary ride and up to 100 Hz for secondary ride) without the necessity of using a special tire model. The results obtained from this approach using a complete car model developed using ADAMS software showed a very good correlation between measured data and simulations. Then on this work a case study using different properties for components such as shock abosrbers, engine mounts and suspension bushings is conducted in order to show the method\'s potential for ride optimization.

O uso de simulações computacionais no campo da engenharia vem se tornando cada vez mais freqüente. Este trabalho aplica diferentes tipos de análise, Método Multicorpos e Método dos Elementos Finitos, para estudos dinâmicos e estruturais, como ferramenta de auxílio no desenvolvimento de veículos terrestres. Através de métodos de integração numérica e posteriormente a utilização do método dos multicorpos, uma suspensão independente dianteira de um veículo foi isolada, considerada como um conjunto de corpos unidos por juntas, movidos por forças e restringidos por batentes. O comportamento dinâmico do sistema foi determinado submetendo o modelo a entradas provenientes do pavimento. O Método dos Elementos Finitos já é considerado como ferramenta potente para o cálculo estrutural. Para abordar tal tema, foi construído um modelo discretizado em Elementos Finitos de um veículo comercial completo. Este modelo foi submetido a simulações de situações de situações reais quasi-estáticas e dinâmicas, utilizando algoritmos implícito e explícito, dependendo do fenômeno considerado. A partir destes, puderam ser verificadas a performance estrutural e a segurança passiva do veículo arremessado a obstáculos cotidianos. O último estudo retrata que com a fusão dos métodos é possível, através de programas dedicados, prever a dinâmica de um modelo encriptado de um boneco tipo HYBRIDIII, quando submetido a um pulso de desaceleração no interior de um veículo com e sem bolsa de segurança(airbag). Todos os resultados obtidos foram comparados à realidade ou \"benchmark\". Os obstáculos enfrentados permitiram definir qual ferramenta melhor se encaixa num contexto de desenvolvimento dentro de uma corporação. / The use of computational tools in various engineering fields has increased over the last years. Mathematical modelling is identified as being the most adequate tool for simulating real service conditions along several product development phases. This work investigates different dynamic and structural analysis used for ground vehicle development tools. By numerical integration using the Multibody system method, an independent suspension was isolated from the car and considered as bodies connected by joints, moved by forces and constrained by stoppers. The dynamic behaviour of the systems was predicted when submitted to input exclusively from the ground. The Finite Element Method is already considered a very powerful simulation tool. In order to study the method, a full vehicle model was built and submitted to quasi-static and dynamic inputs. Both implicit and explicit methods were used to simulate different situations. The vehicle had its structural performance analysed related to durability and safety aspects. The last analysis that shows the fusion of methods is possible using dedicated computational tools to simulate the passenger kinematics by using an encrypted dummy and an airbag model under a deceleration pulse as input. AlI the results were compared to experimental and benchmark results. Also the difficulties emerged from each tool were pointed out in order to define which is the most appropriate within the development context.

A capacidade de simulação nos atributos de dinâmica veicular tem crescido nos últimos anos, especialmente para os atributos de handling (manobrabilidade e estabilidade) e steering (dirigibilidade). Entretanto, as simulações de ride (em especial dos fenômenos de ride secundário) continuam muito dependentes de modelos sofisticados de pneus. Tais modelos devem ser capazes de simular fenômenos de freqüência mais alta tais como impacto e transmissibilidade de aspereza em três direções. Este trabalho apresenta uma abordagem semi-analítica para o problema de simulação de fenômenos de ride, através do uso de dados de medição em pista gerados através de transdutores de força (wheel force transducers, WFTs). Tais transdutores são tipicamente usados para fins de cascateamento de cargas e durabilidade. Através do uso de tais carregamentos, é possível simular fenômenos de ride em toda a faixa de frequência de estudo (até 8 Hz para ride primário e até 100 Hz para ride secundário) sem a necessidade de um modelo específico de pneu. Usando um modelo de veículo completo construído no software ADAMS, são apresentados dados de correlação com o veículo real e um estudo de caso através da alteração de propriedades de elementos tais como amortecedores, coxins e buchas de suspensão. / Vehicle dynamics CAE capabilities has increased in the past few years, specially, for handling and steering attributes. However, secondary ride simulations are still highly depended on the tire model. Such tire model must be capable to simulate high order phenomenon such as impact and harshness transmissibility in three directions. This dissertation presents a semi-analytical approach to the ride phenomena simulation problem, using data gathered via wheel force transducers (WFTs) that are typically used for load cascading and durability purposes. Using such load histories, it becomes possible to simulate ride phenomena through the whole typical ride frequency range (up to 8 Hz for primary ride and up to 100 Hz for secondary ride) without the necessity of using a special tire model. The results obtained from this approach using a complete car model developed using ADAMS software showed a very good correlation between measured data and simulations. Then on this work a case study using different properties for components such as shock abosrbers, engine mounts and suspension bushings is conducted in order to show the method\'s potential for ride optimization.

O trabalho desenvolvido tem como objetivo avaliar a influência da rigidez estrutural no comportamento dinâmico do veículo baseando-se em manobra de raio constante em condição quase estática e análise de sensibilidade através de simulação numérica computacional. São apresentados dois modelos para avaliar a transferência de carga lateral do veículo quando sujeito à aceleração lateral (manobra de raio constante), um modelo completo de veículo elaborado em ambiente multicorpos tendo a carroceria e o sub-chassi modelados como corpos flexíveis, e outro modelo analítico com a consideração da rigidez torcional (obtida de modelo de elementos finitos) da estrutura. Com o modelo analítico atendendo o nível de correlação necessário para o propósito deste trabalho, discute-se neste ponto as variações na transferência de carga devido à rigidez torcional da estrutura. Em seguida, com o intuito de abranger, além do parâmetro de transferência de carga lateral, quais comportamentos do veículo são afetados pela sua rigidez estrutural, é proposta a utilização do método de engenharia robusta para a identificação das condições externas que geram diferentes resultados de comportamento dinâmico do veículo com a variação da rigidez estrutural. Este estudo permite identificar manobras ou situações nas quais as considerações de flexibilidade estrutural num modelo multicorpos, ou mesmo numa condição física real, são relevantes e podem afetar a segurança, dirigibilidade e o conforto do veículo. / The work aims to evaluate the influence of structural stiffness on the dynamic behavior of the vehicle based on a constant radius maneuver in a quasi-static condition and a sensitivity analysis through computer numerical simulation. Two models were developed to evaluate the lateral load transfer of the vehicle when subjected to lateral acceleration (constant radius maneuver), a complete vehicle built in multibody environment with the body and the sub-chassis modeled as flexible bodies, and an analytical model with consideration of structure torsional stiffness (obtained from finite element model). With the analytical model presenting the required correlation for the purpose of this paper, we discuss, at this point, the lateral load transfer variations due to torcional structural stiffness. Then, in order to cover, in addition to lateral load transfer, how the vehicle behavior is affected by its structural stiffness, the robust engineering method is considered for identifying the external conditions that generate different dynamic behavior results for the variation of structural stiffness. This study allows us to identify maneuvers or situations in which considerations of structural flexibility in multibody model, or even in a real physical condition, are relevant and can affect the safety, ride and handling of the vehicle.

Este trabalho apresenta o Animbs (Animation for MBS), um sistema capaz de visualizar dados gerados por um sistema de simulação de engenharia (SD/FAST) na forma de animações por computador. SD/FAST é um sistema utilizado para o modelamento e a simulação de sistemas mecânicos multicorpos (MBS). O sistema Animbs permite a associação de uma geometria ao MBS sendo simulado e utiliza os dados produzidos pela simulação do SD/FAST para criar uma animação do comportamento do sistema mecânico e, dessa forma, melhorar a análise de dados feita pelos usuários do SD/FAST. / This work presents Animbs (Animation for MBS), a software that enables the visualization of data generated by an engineering simulation system (SD/FAST) in the form of computer animation. SD/FAST is a system for modeling and simulation of multibody systems (MBS). The Animbs system allows the association of a geometry to the MBS being simulated, and uses the data produced by the SD/FAST simulation to create an animated view of the MBS behavior, thus providing support for enhanced data analysis by users of SD/FAST.

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.

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.

O trabalho desenvolvido tem como objetivo avaliar a influência da rigidez estrutural no comportamento dinâmico do veículo baseando-se em manobra de raio constante em condição quase estática e análise de sensibilidade através de simulação numérica computacional. São apresentados dois modelos para avaliar a transferência de carga lateral do veículo quando sujeito à aceleração lateral (manobra de raio constante), um modelo completo de veículo elaborado em ambiente multicorpos tendo a carroceria e o sub-chassi modelados como corpos flexíveis, e outro modelo analítico com a consideração da rigidez torcional (obtida de modelo de elementos finitos) da estrutura. Com o modelo analítico atendendo o nível de correlação necessário para o propósito deste trabalho, discute-se neste ponto as variações na transferência de carga devido à rigidez torcional da estrutura. Em seguida, com o intuito de abranger, além do parâmetro de transferência de carga lateral, quais comportamentos do veículo são afetados pela sua rigidez estrutural, é proposta a utilização do método de engenharia robusta para a identificação das condições externas que geram diferentes resultados de comportamento dinâmico do veículo com a variação da rigidez estrutural. Este estudo permite identificar manobras ou situações nas quais as considerações de flexibilidade estrutural num modelo multicorpos, ou mesmo numa condição física real, são relevantes e podem afetar a segurança, dirigibilidade e o conforto do veículo. / The work aims to evaluate the influence of structural stiffness on the dynamic behavior of the vehicle based on a constant radius maneuver in a quasi-static condition and a sensitivity analysis through computer numerical simulation. Two models were developed to evaluate the lateral load transfer of the vehicle when subjected to lateral acceleration (constant radius maneuver), a complete vehicle built in multibody environment with the body and the sub-chassis modeled as flexible bodies, and an analytical model with consideration of structure torsional stiffness (obtained from finite element model). With the analytical model presenting the required correlation for the purpose of this paper, we discuss, at this point, the lateral load transfer variations due to torcional structural stiffness. Then, in order to cover, in addition to lateral load transfer, how the vehicle behavior is affected by its structural stiffness, the robust engineering method is considered for identifying the external conditions that generate different dynamic behavior results for the variation of structural stiffness. This study allows us to identify maneuvers or situations in which considerations of structural flexibility in multibody model, or even in a real physical condition, are relevant and can affect the safety, ride and handling of the vehicle.

Atualmente, a utilização de suspensão traseira do tipo twist beam é muito difundida em veículos de pequeno porte e alto volume de produção, por apresentar um bom compromisso entre custo e desempenho. No entanto este conceito possui limitações no que diz respeito à absorção de vibrações de ride (conforto) secundário e impactos, e possui um compromisso com as características de handling (estabilidade) do veículo. Este trabalho apresenta um estudo de influência da rigidez das buchas da suspensão twist beam nos eventos de impacto singular para ride e no regime permanente do handling. É utilizado no estudo um modelo de multicorpos com veículo completo construído no software ADAMS. Para o estudo de ride é utilizada uma abordagem semi-analítica, através dos dados de medição em pista utilizando transdutores de força nas rodas (WFT). A partir do uso de tais carregamentos é possível simular os fenômenos de ride sem necessitar de um modelo específico de pneu. Para o estudo de handling é utilizado modelo pneu correlacionado com medição de curva em uma bancada chamada Flat-Trac. Utilizando os modelos construídos para ride e handling, são apresentados os dados de correlação dos modelos com veículo protótipo e um estudo da influência da rigidez de bucha nas métricas de impacto singular para ride e gradiente de esterçamento para handling. / Currently, the use of rear suspension twist beam is widespread in small vehicles and high-volume production, because it presents a good compromise between cost and performance. However, this concept has limitations regards the absorption of secondary ride vibrations and impacts, and has a commitment with handling characteristics of the vehicle. This dissertation presents a study of the stiffness influence of the twist beam suspension bushings in impact singular events to the ride and the steady state handling behavior. A multibody model of vehicle complete built in ADAMS software has been used for the study. For the ride study is using a semi-analytical approach, through the track measurement data using wheel force transducers (WFT). From the use of such road loads is possible to simulate the ride phenomena without needing a specific model of tire. For the handling study a tire model used is correlated with measurement curve on a workbench called Flat-Trac. Using models built for ride and handling are shown the correlation data models with prototype vehicle and a study of the influence of the bushing stiffness for the singular impact event metrics for ride and the steering gradient metric for handling.