Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2008. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-19T22:08:47Z No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento De Uma Instalação Experimental Para Estudo De Fenômenos De Interação Fluido-estrutura.pdf: 1830430 bytes, checksum: fbf20ca5696e6496fdf803ca403c6632 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-03T19:29:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento De Uma Instalação Experimental Para Estudo De Fenômenos De Interação Fluido-estrutura.pdf: 1830430 bytes, checksum: fbf20ca5696e6496fdf803ca403c6632 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-03T19:29:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento De Uma Instalação Experimental Para Estudo De Fenômenos De Interação Fluido-estrutura.pdf: 1830430 bytes, checksum: fbf20ca5696e6496fdf803ca403c6632 (MD5) Previous issue date: 2008 / O estudo experimental de problemas de interação fluido-estrutura é de fundamental importância para o entendimento dos processos dinâmicos envolvidos. Esses processos podem ser bastante complexos em função da alta não-linearidade do problema, especialmente para os casos em que o acoplamento entre a dinâmica do fluido e a dinâmica da estrutura é forte, ou para casos em que ocorram instabilidades dinâmica tanto no fluido quanto na estrutura. O estudo experimental de fenômenosde interação fluido-estrutura necessita de instalações de laboratório capazes de impor movimento relativo entre o fluido e a estrutura. Neste contexto, nesta dissertação apresentam-se o projeto, a construção e a avaliação de um canal de reboque otimizado para o estudo da interação fluido-estrutura em corpos rombudos cilíndricos de alta razão de aspecto. A instalação consiste de um canal de 16 m de comprimento com seção transversal 0,71m de largura por 0,79 m de altura e de uma plataforma de reboque para movimento da estrutura sobre o fluido. Além do movimento retilíneo, a plataforma de reboque é capaz de impor, simultaneamente, movimentos oscilatórios em até dois grupos de estruturas de forma independente. Esta capacidade permite o estudo da influência da amplitude, da freqüência e da fase do movimento oscilatório na interação entre o fluido e as estruturas. A dissertação contém uma discussão sobre a formulação geral dos problemas de interação fluido-estrutura e os principais parâmetros adimensionais relevantes. São tratados os problemas específicos da instalação experimental tais como especificação dos parâmetros hidrodinâmicos, projeto das estruturas de suporte do canal e da plataforma de reboque, o projeto mecânico da plataforma de reboque e uma breve descrição do sistema de controle dos movimentos da plataforma, bem como apresentam-se a descrição dos ensaios de avaliação de desempenho do sistema e a discussão dos resultados. Finalmente, a dissertação apresenta as conclusõesdos aspectos construtivos e capacidade da instalação em uma faixa do número de Reynolds, bem como as sugestões para trabalhos futuros. / The experimental study of fluid-structure interaction problems is of fundamental importance for the understanding of the dynamic phenomena involved. The dynamics of these phenomena can be very complex as a result of the high non-linearity of the problem, in particular for the cases with strong coupling between the dynamic of the fluid and the dynamic of the structure, or in cases in which instabilities in the fluid or in the structure are present. The experimental study of fluid-structure interaction requires laboratory facilities capable of impose relative motion between the fluid and the structure. In this context, that work presents the design, the construction and the evaluation of a towing canal optimized for the study of the interaction fluid-structure in cylindrical bluff bodies of high aspect ratio. The facility consists of 16 m long canal with cross section 0.71 m of width by 0.79 m of height and a towing platform for the motion of the structure in the fluid. In addition to the linear motion, the towing platform is capable of impose simultaneously independent transverse oscillatory motion in up to two structure groups. This capacityallows the study of the influence of the amplitude, of the frequency and of the phase of the oscillatory motion in the interaction between the fluid and the structure. This work presents a discussion on the general formulation of the fluid-structure interaction problems and on the main dimensionless parameters that are relevant to the problem. Next, it deals with the specification of the experimental facility such as hydrodynamic parameters, design of structures for supporting the canal itself and the towing platform, the mechanical design of the towing platform and a brief description of the system of control of the towing platformmotions. Next, it presents the description of the evaluation tests for the platform performance and the discussion of the results. Finally, the work presents the conclusions of the aspects of capacity building and installation on a range of Reynolds number, as well as suggestions for future work.

A necessidade de se desenvolver um produto capaz de atingir as exigências impostas pela referência normativa AS-2213 (1984) e a falta de uma rotina de projeto para o componente denominado Garfo do Engate Automático motivam este trabalho. Assim, esta pesquisa apresenta como objetivo principal o estudo de fadiga e estimativa de vida do garfo forjado de um dispositivo de acoplamento automático entre veículos tratores e reboques. Para realização das análises estáticas através de elementos finitos, foi necessária a determinação de todas as condições de contorno que refletissem as características do teste experimental de homologação do produto. De posse destes resultados, realizou-se a análise pelo método S-N, tendo como resultado a determinação da vida em fadiga das regiões críticas do componente, onde são propostas algumas alternativas que visam aumentar a vida do produto. Dentre as inúmeras alternativas possíveis, destacam-se a alteração de material e utilização de tratamento térmico no garfo. / The necessary development of a product capable of reaching the imposed requirements in accordance with reference standard AS-2213 (1984) and the lack of a project routine for the component called Towing Hitch Fork motivated this research. Thus, this research presents as its main goal, the study of fatigue and life predictions of forged fork of the automatic coupling device used in tractor vehicles and trailers. To perform the static analysis through finite elements method, it was necessary to determine all contour conditions which represent the features of product certification tests. After preliminary results have been obtained, the S-N analysis has been performed, showing the fatigue life predictions in the critical regions of the component, where some alternatives aiming at increasing the product life were considered. Among the several alternatives, it is possible to highlight the material changes and the use of thermal treatment in the component.

A necessidade de se desenvolver um produto capaz de atingir as exigências impostas pela referência normativa AS-2213 (1984) e a falta de uma rotina de projeto para o componente denominado Garfo do Engate Automático motivam este trabalho. Assim, esta pesquisa apresenta como objetivo principal o estudo de fadiga e estimativa de vida do garfo forjado de um dispositivo de acoplamento automático entre veículos tratores e reboques. Para realização das análises estáticas através de elementos finitos, foi necessária a determinação de todas as condições de contorno que refletissem as características do teste experimental de homologação do produto. De posse destes resultados, realizou-se a análise pelo método S-N, tendo como resultado a determinação da vida em fadiga das regiões críticas do componente, onde são propostas algumas alternativas que visam aumentar a vida do produto. Dentre as inúmeras alternativas possíveis, destacam-se a alteração de material e utilização de tratamento térmico no garfo. / The necessary development of a product capable of reaching the imposed requirements in accordance with reference standard AS-2213 (1984) and the lack of a project routine for the component called Towing Hitch Fork motivated this research. Thus, this research presents as its main goal, the study of fatigue and life predictions of forged fork of the automatic coupling device used in tractor vehicles and trailers. To perform the static analysis through finite elements method, it was necessary to determine all contour conditions which represent the features of product certification tests. After preliminary results have been obtained, the S-N analysis has been performed, showing the fatigue life predictions in the critical regions of the component, where some alternatives aiming at increasing the product life were considered. Among the several alternatives, it is possible to highlight the material changes and the use of thermal treatment in the component.

A elaboração de projetos de chassi para semirreboques exige a compilação de fatores primordiais à sua aceitação, como atender a requisitos normativos, adequar-se a legislações de trânsito vigentes, conciliar anseios de transportadores e responder adequadamente às excitações das estradas por onde estes irão trafegar. A junção destes requisitos de entrada, geralmente, resulta em limitações estruturais ao semirreboque, neste trabalho destaca-se o fator da restrição geométrica oriunda do sistema de acoplamento da unidade tracionada com a unidade tratora. Esta condição de contorno gera uma região crítica na longarina do semirreboque, suscetível a falhas, que passam por deformações plásticas a trincas transversais que inutilizam o equipamento. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento estrutural do chassi de um semirreboque carregado, segundo legislação vigente, submetido a manobras direcionais relacionadas às dinâmicas lateral e vertical, a fim de avaliar os níveis de tensão atuante frente aos carregamentos impostos. Para isso desenvolve-se uma metodologia de avaliação baseada em acelerações e tensões em pontos específicos do chassi. A sistemática compreende uma análise dinâmica virtual, uma análise estrutural via método dos elementos finitos e uma instrumentação experimental do semirreboque, a fim de calibrar os modelos virtuais. Obtiveram-se resultados de aceleração e deslocamentos para os três tipos de manobra, double lane change, para velocidades de 50, 60 e 70 km/h, costela de vaca, para velocidades 10, 20 e 30 km/h e o slalom para velocidades de 30 e 40 km/h. Os resultados demonstram que, para um carregamento adequado, todas as manobras imprimem níveis de exigência compatíveis com a estrutura proposta. / The project evaluation for a cargo road equipment chassis requires the compilation of key factors to its acceptance as meet regulatory requirements, as adapt to existing traffic laws, reconciling aspirations of carriers and respond adequately the roads excitations of the through where they will travel. The combination of these entry requisites usually results in structural limitations on the semi-trailer, thus this work highlights the geometric restriction which arises from the coupling between the tractor and pulled units. This boundary condition creates a critical region in the road equipment stringer, susceptible to failures, which goes though plastic deformation and transverse cracks that may disenable the equipment. This study aims to investigate the chassis’s structural behavior of a loaded semi-trailer, following the current legislation, submitted to directional maneuvers related the lateral and vertical dynamic in order to evaluate the stress levels acting due to the imposed loads. Therefore, an evaluation methodology based on accelerations and stresses on specific points on the chassis has been developed. The systematic comprises a virtual dynamic analysis, a structural analysis by finite element method and an experimental instrumentation of the semi-trailer in order to calibrate the virtual models. Results were obtained for displacement and acceleration for three kind’s maneuvers, double lane change to speeds of 50, 60 and 70 km/h, cow ribs to speeds 10, 20 and 30 km/h and for slalom speeds of 30 and 40 km/h. The Results shows for a proper loading, all maneuvers show stringency levels consistent with the proposed structure.

A elaboração de projetos de chassi para semirreboques exige a compilação de fatores primordiais à sua aceitação, como atender a requisitos normativos, adequar-se a legislações de trânsito vigentes, conciliar anseios de transportadores e responder adequadamente às excitações das estradas por onde estes irão trafegar. A junção destes requisitos de entrada, geralmente, resulta em limitações estruturais ao semirreboque, neste trabalho destaca-se o fator da restrição geométrica oriunda do sistema de acoplamento da unidade tracionada com a unidade tratora. Esta condição de contorno gera uma região crítica na longarina do semirreboque, suscetível a falhas, que passam por deformações plásticas a trincas transversais que inutilizam o equipamento. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento estrutural do chassi de um semirreboque carregado, segundo legislação vigente, submetido a manobras direcionais relacionadas às dinâmicas lateral e vertical, a fim de avaliar os níveis de tensão atuante frente aos carregamentos impostos. Para isso desenvolve-se uma metodologia de avaliação baseada em acelerações e tensões em pontos específicos do chassi. A sistemática compreende uma análise dinâmica virtual, uma análise estrutural via método dos elementos finitos e uma instrumentação experimental do semirreboque, a fim de calibrar os modelos virtuais. Obtiveram-se resultados de aceleração e deslocamentos para os três tipos de manobra, double lane change, para velocidades de 50, 60 e 70 km/h, costela de vaca, para velocidades 10, 20 e 30 km/h e o slalom para velocidades de 30 e 40 km/h. Os resultados demonstram que, para um carregamento adequado, todas as manobras imprimem níveis de exigência compatíveis com a estrutura proposta. / The project evaluation for a cargo road equipment chassis requires the compilation of key factors to its acceptance as meet regulatory requirements, as adapt to existing traffic laws, reconciling aspirations of carriers and respond adequately the roads excitations of the through where they will travel. The combination of these entry requisites usually results in structural limitations on the semi-trailer, thus this work highlights the geometric restriction which arises from the coupling between the tractor and pulled units. This boundary condition creates a critical region in the road equipment stringer, susceptible to failures, which goes though plastic deformation and transverse cracks that may disenable the equipment. This study aims to investigate the chassis’s structural behavior of a loaded semi-trailer, following the current legislation, submitted to directional maneuvers related the lateral and vertical dynamic in order to evaluate the stress levels acting due to the imposed loads. Therefore, an evaluation methodology based on accelerations and stresses on specific points on the chassis has been developed. The systematic comprises a virtual dynamic analysis, a structural analysis by finite element method and an experimental instrumentation of the semi-trailer in order to calibrate the virtual models. Results were obtained for displacement and acceleration for three kind’s maneuvers, double lane change to speeds of 50, 60 and 70 km/h, cow ribs to speeds 10, 20 and 30 km/h and for slalom speeds of 30 and 40 km/h. The Results shows for a proper loading, all maneuvers show stringency levels consistent with the proposed structure.

A necessidade de se desenvolver um produto capaz de atingir as exigências impostas pela referência normativa AS-2213 (1984) e a falta de uma rotina de projeto para o componente denominado Garfo do Engate Automático motivam este trabalho. Assim, esta pesquisa apresenta como objetivo principal o estudo de fadiga e estimativa de vida do garfo forjado de um dispositivo de acoplamento automático entre veículos tratores e reboques. Para realização das análises estáticas através de elementos finitos, foi necessária a determinação de todas as condições de contorno que refletissem as características do teste experimental de homologação do produto. De posse destes resultados, realizou-se a análise pelo método S-N, tendo como resultado a determinação da vida em fadiga das regiões críticas do componente, onde são propostas algumas alternativas que visam aumentar a vida do produto. Dentre as inúmeras alternativas possíveis, destacam-se a alteração de material e utilização de tratamento térmico no garfo. / The necessary development of a product capable of reaching the imposed requirements in accordance with reference standard AS-2213 (1984) and the lack of a project routine for the component called Towing Hitch Fork motivated this research. Thus, this research presents as its main goal, the study of fatigue and life predictions of forged fork of the automatic coupling device used in tractor vehicles and trailers. To perform the static analysis through finite elements method, it was necessary to determine all contour conditions which represent the features of product certification tests. After preliminary results have been obtained, the S-N analysis has been performed, showing the fatigue life predictions in the critical regions of the component, where some alternatives aiming at increasing the product life were considered. Among the several alternatives, it is possible to highlight the material changes and the use of thermal treatment in the component.

A elaboração de projetos de chassi para semirreboques exige a compilação de fatores primordiais à sua aceitação, como atender a requisitos normativos, adequar-se a legislações de trânsito vigentes, conciliar anseios de transportadores e responder adequadamente às excitações das estradas por onde estes irão trafegar. A junção destes requisitos de entrada, geralmente, resulta em limitações estruturais ao semirreboque, neste trabalho destaca-se o fator da restrição geométrica oriunda do sistema de acoplamento da unidade tracionada com a unidade tratora. Esta condição de contorno gera uma região crítica na longarina do semirreboque, suscetível a falhas, que passam por deformações plásticas a trincas transversais que inutilizam o equipamento. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento estrutural do chassi de um semirreboque carregado, segundo legislação vigente, submetido a manobras direcionais relacionadas às dinâmicas lateral e vertical, a fim de avaliar os níveis de tensão atuante frente aos carregamentos impostos. Para isso desenvolve-se uma metodologia de avaliação baseada em acelerações e tensões em pontos específicos do chassi. A sistemática compreende uma análise dinâmica virtual, uma análise estrutural via método dos elementos finitos e uma instrumentação experimental do semirreboque, a fim de calibrar os modelos virtuais. Obtiveram-se resultados de aceleração e deslocamentos para os três tipos de manobra, double lane change, para velocidades de 50, 60 e 70 km/h, costela de vaca, para velocidades 10, 20 e 30 km/h e o slalom para velocidades de 30 e 40 km/h. Os resultados demonstram que, para um carregamento adequado, todas as manobras imprimem níveis de exigência compatíveis com a estrutura proposta. / The project evaluation for a cargo road equipment chassis requires the compilation of key factors to its acceptance as meet regulatory requirements, as adapt to existing traffic laws, reconciling aspirations of carriers and respond adequately the roads excitations of the through where they will travel. The combination of these entry requisites usually results in structural limitations on the semi-trailer, thus this work highlights the geometric restriction which arises from the coupling between the tractor and pulled units. This boundary condition creates a critical region in the road equipment stringer, susceptible to failures, which goes though plastic deformation and transverse cracks that may disenable the equipment. This study aims to investigate the chassis’s structural behavior of a loaded semi-trailer, following the current legislation, submitted to directional maneuvers related the lateral and vertical dynamic in order to evaluate the stress levels acting due to the imposed loads. Therefore, an evaluation methodology based on accelerations and stresses on specific points on the chassis has been developed. The systematic comprises a virtual dynamic analysis, a structural analysis by finite element method and an experimental instrumentation of the semi-trailer in order to calibrate the virtual models. Results were obtained for displacement and acceleration for three kind’s maneuvers, double lane change to speeds of 50, 60 and 70 km/h, cow ribs to speeds 10, 20 and 30 km/h and for slalom speeds of 30 and 40 km/h. The Results shows for a proper loading, all maneuvers show stringency levels consistent with the proposed structure.

Um tanque de provas do tipo reboque permite a realização de ensaios hidrodinâmicos com modelos em escala, sua presença é importante devido à possibilidade de obter características hidrodinâmicas que dimensionam a potência e qualidade do comportamento dos navios durante a sua operação, otimizando os projetos de forma particular ou geral, tanto para a navegação marítima, lacustre ou fluvial. O objetivo principal desta pesquisa é estudar e propor uma metodologia para o dimensionamento e concepção de um tanque de reboque para o Serviço Industrial da Marinha (SIMA PERU), principal estaleiro do Peru, de maneira que possa realizar os ensaios hidrodinâmicos correspondentes aos diferentes tipos de embarcações produzidas pelo SIMA PERU. Como propósito de estudo será desenvolvido uma análise de um tanque de reboque que permitirá ensaiar modelos de diferentes tipos de embarcações, levando em consideração as diferentes condições ambientais e climáticas relacionadas ao litoral peruano em toda sua extensão, isto é, uma condição marítima equivalente a uma escala Beaufort 5. Estas são as condições que foram requeridas para atuar na costa peruana. Será proposto um tanque de reboque com características próprias, baseado no razoável dimensionamento dos modelos reduzidos e nas necessidades e requerimentos de ensaio de acordo às recomendações apresentadas pela Conferência Internacional de Tanques de Reboque (International Towing Tank Conference- ITTC). / A towing tank allows hydrodynamic testing with scale models, their presence is important because allows to obtain hydrodynamics characteristics that they measure the power and quality of behavior during the operation, optimizing the designs in general or particular form of vessels for sea, lake or river. The main objective of this research is to study and propose a method for sizing and development of a towing tank for the Naval Industrial Service; SIMA - PERU, main shipyard from Peru, so it carry out hydrodynamics tests corresponding to different types of vessels produced by SIMA - PERU. The purpose of study will be developed analysis of a towing tank that will test models of different types of vessels, taking into account the different environmental and climatic conditions related to the Peruvian coast, in other words, sea conditions equivalent to a Beaufort \"5\". These are the conditions that were required to act on the Peruvian coast. Will be offered a towing tank with its own characteristics, needs and requirements based on the consistent sizing of reduced models and according to the recommendations made by the International Towing Tank Conference - ITTC.

Um tanque de provas do tipo reboque permite a realização de ensaios hidrodinâmicos com modelos em escala, sua presença é importante devido à possibilidade de obter características hidrodinâmicas que dimensionam a potência e qualidade do comportamento dos navios durante a sua operação, otimizando os projetos de forma particular ou geral, tanto para a navegação marítima, lacustre ou fluvial. O objetivo principal desta pesquisa é estudar e propor uma metodologia para o dimensionamento e concepção de um tanque de reboque para o Serviço Industrial da Marinha (SIMA PERU), principal estaleiro do Peru, de maneira que possa realizar os ensaios hidrodinâmicos correspondentes aos diferentes tipos de embarcações produzidas pelo SIMA PERU. Como propósito de estudo será desenvolvido uma análise de um tanque de reboque que permitirá ensaiar modelos de diferentes tipos de embarcações, levando em consideração as diferentes condições ambientais e climáticas relacionadas ao litoral peruano em toda sua extensão, isto é, uma condição marítima equivalente a uma escala Beaufort 5. Estas são as condições que foram requeridas para atuar na costa peruana. Será proposto um tanque de reboque com características próprias, baseado no razoável dimensionamento dos modelos reduzidos e nas necessidades e requerimentos de ensaio de acordo às recomendações apresentadas pela Conferência Internacional de Tanques de Reboque (International Towing Tank Conference- ITTC). / A towing tank allows hydrodynamic testing with scale models, their presence is important because allows to obtain hydrodynamics characteristics that they measure the power and quality of behavior during the operation, optimizing the designs in general or particular form of vessels for sea, lake or river. The main objective of this research is to study and propose a method for sizing and development of a towing tank for the Naval Industrial Service; SIMA - PERU, main shipyard from Peru, so it carry out hydrodynamics tests corresponding to different types of vessels produced by SIMA - PERU. The purpose of study will be developed analysis of a towing tank that will test models of different types of vessels, taking into account the different environmental and climatic conditions related to the Peruvian coast, in other words, sea conditions equivalent to a Beaufort \"5\". These are the conditions that were required to act on the Peruvian coast. Will be offered a towing tank with its own characteristics, needs and requirements based on the consistent sizing of reduced models and according to the recommendations made by the International Towing Tank Conference - ITTC.

Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia de projeto para identificar as regiões críticas da estrutura de um reboque de linha leve sendo tracionado em pavimentos do tipo rodovia de baixa qualidade e estrada secundária de muito baixa qualidade. Para tanto, são levantados alguns dados experimentais da estrutura, necessários para a aproximação e simulação dinâmica de um modelo simplificado. A excitação da base é realizada por atuadores que simulam as oscilações verticais de um perfil de estrada, a qual é definida de acordo com os estudos realizados por Dodds e Robson (1973). Isto permite a determinação de um histórico de carregamentos das regiões da estrutura do chassi sob a ação das molas da suspensão. Em seguida, é gerado um modelo estrutural simplificado do reboque em elementos finitos, chamado de global, no qual são determinadas as regiões sob ação das maiores tensões. Tendo identificada a região mais crítica da estrutura, é criado um modelo local desta parte, onde se pode observar a distribuição de tensões com mais detalhe, permitindo a identificação dos pontos de concentração de tensões. Desta forma, com a aplicação do método de análise global-local é possível a obtenção de resultados detalhados quanto aos esforços da estrutura com um menor custo computacional. / This work develops a project methodology in order to identify high stress zones on a light trailer structure in traffic through low quality roads and side roads. First, some experimental data are surveyed from the trailer structure, which are necessaries for the dynamics approximation and simulation of the simplified model. Linear actuators under the tires performing vertical oscillations of the road profile simulate base excitation that is defined by studies of Dodds and Robson (1973). It permits to determinate loads on chassis regions under the action of the suspension springs. After, a simplified finite element model of the trailer, called global, is created in order to determine regions with the highest stress. When this region is identified, a local finite element model is created in order to observe the stress distribution more detailed and enabling the identification of stress concentration points. In this way, it is possible to obtain detailed results of the structure stress applying global-local analysis with reduced computational costs.