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.

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.

A proposição desta tese consiste na aplicação da técnica de Sistemas Multicorpos, na dinâmica de veículos guiados em trajetória variável. Foi apresentada uma visão geral do formalismo matemático, baseado nos métodos de Lagrange e Kane, utilizados nos programas de multicorpos, para geração automática das equações de movimento. A teoria de mecânica de contato, fundamental para o cálculo das forças de contato, entre o veículo e a guia, foi exposta detalhadamente. Sua validação, foi realizada, através de ensaios de laboratório, realizados no INRETS (França). A técnica de modelagem de Sistemas Multicorpos, foi aplicada, na previsão do comportamento dinâmico de veículos guiados. Neste sentido, a elaboração do modelo, através da descrição topológica, obtenção das equações de movimentos, análise e simulação do comportamento, foram realizadas. Foram selecionados na literatura internacional, os estudos de caso propostos pela International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD), para avaliação de veículos guiados. Foram modelados, o rodeiro ferroviário, submetido a força lateral, truque trafegando por um desvio e um veículo completo inscrevendo uma curva. O veículo modelado com 35 graus de liberdade, produziu mais de 1100 equações algébrico/diferenciais (DAE). As simulações do comportamento dinâmico dos sistemas, foram realizadas e os resultados apresentados em gráficos temporais. Os modos de movimento foram quantificados, através da analise modal, realizada no sistema linearização em torno de um ponto de operação. Os valores obtidos, foram comparados com números publicados e algumas discrepâncias, foram encontradas e justificadas. Pode-se observar nitidamente, o movimento de lacet, a partir dos auto-vetores complexos da matriz dinâmica do sistema. De forma geral, os resultados obtidos tanto na análise temporal, como no domínio da freqüência, apresentaram boa concordância, com os resultados publicados por outros autores. Estes resultados encorajadores, promovem a confiança na aplicação da técnica de Multicorpos em veículos guiados, sendo estímulo, para aplicação no desenvolvimento de novos projetos. / The subject of this thesis is the application of multibody system modelling techniques for dynamic behaviour investigation on guided vehicle on variable track trajectories. Analysis of existing techniques for generating vehicle motion equations, using multibody systems (MBS), is also carried out. Rolling contact theory, fundamental for vehicle/track forces calculations, are extensively reviewed. Validation have been carried out with laboratorial experiments. Multibody system modelling techniques have been used to predict, guided vehicle behaviour. Topological model description, have been used to generate equation of motion for simulation purposes. It has been chosen the railway vehicle, proposed by the International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD), as evaluation benchmark. The solution of wheelset benchmark proposition is presented. A two wheelset bogie model in a deviation, is also solved. A complete railway vehicle, with 35 degrees of freedom model, producing more than 1100 differential/algebraic equations (DAE), is performed and analysed. Time result simulation have been presented. Modal analysis have been performed around an operation point. Results have been compare with numbers published and discrepancy founded have been justified. Hunting movement have been obtained with the complex eigen-vector from system dynamic matrix. In general, results obtained from time and frequency domain, agreed with available results published from other authors. This encouraging results, promote credibility to Multibody System technique application to guided vehicle, stimulating new developing applications.

Nos dias de hoje, a simulação dinâmica de veículos metroviários tem sido um importante método de análise e verificação, tanto no âmbito de projeto, como na engenharia de manutenção. Os pacotes de simulação disponíveis no mercado são altamente desenvolvidos e podem ser adaptados para os mais diversos cenários. O presente trabalho tem por objetivo demonstrar a funcionalidade destes programas, fundamentando a teoria por trás de seu algoritmo computacional, de maneira a expandir a fronteira de conhecimento nas engenharias de projeto e de manutenção. Para isso, são efetuados dois estudos de caso: passagem de veículo em região de abertura de bitola em curva de raio constante; passagem de veículo em sequencia de curvas reversas. Sendo assim, esta dissertação apresenta uma visão geral sobre o estado da arte na simulação da interação veículo e via permanente. / Nowadays, the dynamic simulation of metro vehicles have been an important method of analysis and verification in design engineering as in maintenance engineering. The simulation packages available are highly developed and can be adapted for different scenarios. This paper aims to demonstrate the functionality of these programs, supporting the theory behind its computational algorithm, in order to expand the frontier of knowledge in the national design and maintenance engineerings. For this, two case studies are made of: modelling flexible permanent way; modelling AMVs and crossings; passing vehicle in a region with gauge opening on a constant radius curve; passing a vehicle sequence of reverse curves. Thus, this dissertation presents an overview of the state of the art in the simulation of the interaction vehicle and permanent way of metro.

Multibody System Dynamics has been responsible for revolutionizing Mechanical Engineering Design by using mathematical models to simulate and optimize the dynamic behavior of a wide range of mechanical systems. These mathematical models not only can provide valuable informations about a system that could otherwise be obtained only by experiments with prototypes, but also have been responsible for the development of many model-based control systems. This work represents a contribution for dynamic modeling of multibody mechanical systems by developing a novel recursive modular methodology that unifies the main contributions of several Classical Mechanics formalisms. The reason for proposing such a methodology is to motivate the implementation of computational routines for modeling complex multibody mechanical systems without being dependent on closed source software and, consequently, to contribute for the teaching of Multibody System Dynamics in undergraduate and graduate levels. All the theoretical developments are based on and motivated by a critical literature review, leading to a general matrix form of the dynamic equations of motion of a multibody mechanical system (that can be expressed in terms of any set of variables adopted for the description of motions performed by the system, even if such a set includes redundant variables) and to a general recursive methodology for obtaining mathematical models of complex systems given a set of equations describing the dynamics of each of its uncoupled subsystems and another set describing the constraints among these subsystems in the assembled system. This work also includes some discussions on the description of motion (using any possible set of motion variables and admitting any kind of constraint that can be expressed by an invariant), and on the conditions for solving forward and inverse dynamics problems given a mathematical model of a multibody system. Finally, some examples of computational packages based on the novel methodology, along with some case studies, are presented, highlighting the contributions that can be achieved by using the proposed methodology. / A Dinâmica de Sistemas Multicorpos tem sido responsável por revolucionar projetos de Engenharia Mecânica pela utilização de modelos matemáticos para simulação e otimização do comportamento dinâmico de uma ampla gama de sistemas mecânicos. Estes modelos matemáticos não somente podem fornecer valiosas informações acerca de um sistema que caso contrário poderiam ser obtidas somente através de experimentos com protótipos, como também têm sido responsável pelo desenvolvimento de diversos sistemas de controle baseados em modelo. Este trabalho representa uma contribuição para a modelagem dinâmica de sistemas mecânicos multicorpos por meio do desenvolvimento de uma nova metodologia modular e recursiva que unifica as principais contribuições de diversos formalismos da Mecânica Clássica. A razão para propor tal metodologia é motivar a implementação de rotinas computacionais para a modelagem de sistemas mecânicos multicorpos complexos sem depender de pacotes de software de código fechado e, consequentemente, contribuir para o ensino de Dinâmica de Sistemas Multicorpos nos níveis de graduação e pós-graduação. Todos os desenvolvimentos teóricos são baseados em e motivados por uma revisão crítica da literatura, conduzindo a uma forma matricial geral das equações dinâmicas de movimento de um sistema mecânico multicorpos (que podem ser expressas em termos de qualquer conjunto de variáveis adotado para a descrição dos movimentos realizados pelo sistema, ainda que tal conjunto inclua variáveis redundantes) e a uma metodologia recursiva geral para a obtenção de modelos matemáticos de sistemas complexos, dado um conjunto de equações descrevendo a dinâmica de cada um de seus subsistemas desacoplados e outro descrevendo os vínculos entre estes subsistemas (no sistema) quando acoplado. Este trabalho também inclui algumas discussões acerca da descrição de movimentos (utilizando qualquer conjunto admissível de variáveis de movimento e admitindo qualquer tipo de vínculo que seja passível de descrição por invariantes), e das condições para a solução dos problemas de dinâmica direta e inversa dado um modelo matemático de um sistema multicorpos. Finalmente, alguns exemplos de pacotes computationais baseados na nova metodologia, juntamente com alguns estudos de caso, são apresentados, ressaltando as contribuições que podem ser alcançadas por meio do uso da metodologia proposta.

Esta tese apresenta o desenvolvimento de um método de elementos de contorno (BEM) no domínio do tempo baseado em fontes de Rankine para analise linear de comportamento no mar de sistemas oceânicos. O método e formulado por dois problemas de valor inicial de contorno definidos para os potenciais de velocidade e aceleração, sendo este ultimo utilizado para calcular de maneira acurada a derivada temporal do potencial de velocidades. Testes de verificação são realizados para a solução dos problemas de difração, radiação e de corpo livre para flutuar. Uma vez verificada, a ferramenta e aplicada em dois problemas multicorpos considerados no estado-da-arte em termos de modelagem hidrodinâmica utilizando BEM. O primeiro trata do problema envolvendo duas embarcações atracadas a contrabordo. Este é um caso no qual os códigos baseados na teoria de escoamento potencial são conhecidos por apresentarem dificuldades na determinação das soluções, tendendo a superestimar as elevações de onda no vão entre as embarcações e a apresentar problemas de convergência numérica associados a efeitos ressonantes de onda. O problema e tratado por meio do método de damping lid e a convergência das series temporais e investigada avaliando diferentes níveis de amortecimento. Os resultados são comparados com dados experimentais. O segundo problema se refere a analise de sistemas multicorpos com grandes deslocamentos relativos. Neste problema, ferramentas no domínio da frequência nao podem ser utilizadas, por considerarem apenas malhas fixas. Deste modo, o presente método e estendido para considerar um gerador de malhas de paineis e um algoritmo de interpolação de ordem alta no laco de tempo do código, possibilitando a mudança de posições relativas entre os corpos durante a simulação. Os resultados são comparados com dados de experimentos executados especificamente para fins de verificação do código, apresentando uma boa concordância. De acordo com o conhecimento do autor, esta e a primeira vez que certas questões relativas a modelagem numérica destes dois problemas multicorpos são relatadas na literatura especializada em hidrodinâmica computacional. / The development of a time domain boundary elements method (BEM) based on Rankine\'s sources for linear seakeeping analysis of offshore systems is here addressed. The method is formulated by means of two Initial Boundary Value Problems defined for the velocity and acceleration potentials, the latter being used to ensure an accurate calculation of the time derivatives of the velocity potential. Verification tests for solving the difraction, radiation and free floating problems are presented. Once verified, the code is applied for two complex multi-body problems considered to be in the state-of-the-art for hydrodynamic modelling using BEM. The first is the seakeeping problem of two ships arranged in side-by-side, a problem in which all potential flow codes are known to have a poor performance, tending to provide unrealistic high wave elevations in the gap between the vessels and to present numerical convergence problems associated to resonant effects. The problem is here addressed by means of a damping lid method and the convergence of the time series with different damping levels is investigated. Results are compared to data measured in an experimental campaign. The second problem refers to the analysis of multi-body systems composed of bodies undergoing large relative displacements. This is a case that cannot be properly analyzed by frequency domain codes, since they only consider fixed meshes. For this application, the present numerical method is extended to consider a panel mesh generator in the time loop of the code, enabling the change of body relative positions during the computations. Furthermore, a higher order interpolation algorithm designed to recover the solutions of a previous time-step was also implemented, enabling the calculations to progress with reasonable accuracy in time. The numerical results are compared to data of experimental tests designed and executed for verification of the code, and presented a very good agreement. To the author\'s knowledge, this is the first time that certain issues concerning the numerical modelling of these two complex multi-body problems are reported in the literature specialized in hydrodynamic computations.

Entre as etapas do desenvolvimento de automóveis pode-se apontar a definição das características de suas suspensões. A fase de definição da suspensão pode ser dividida dentro do seguinte cenário: a escolha de um determinado tipo de suspensão, os pontos (geometria) e quais os valores de rigidez/amortecimento para todo o sistema irá resultar em um comportamento dinâmico desejado para o veículo, bem como a viabilidade de produção. Além disso, o entendimento da interação entre os parâmetros de suspensão, é crucial para a otimização do desempenho. Este trabalho pretende propor um método para aperfeiçoar a fase de \"tuning\" da suspensão, com foco principal no conforto. O veículo considerado é um caminhão comercial, e entre os seus parâmetros considerados estão rigidezes de molas da cabine e suspensão, amortecimento da suspensão de cabine e curvas do amortecedor da suspensão primária. O modelo virtual do veículo foi desenvolvido em ambiente ADAMS, o qual, previamente à otimização, foi validado contra dados experimentais. Métricas foram especialmente desenvolvidas levando em consideração aspectos subjetivos de conforto veicular, para dessa forma eliminar a variabilidade entre as avaliações subjetivas e análises das simulações. Os resultados mostraram expressivas melhorias no conforto e através de dados experimentais essas melhorias foram confirmadas. / Among the development phases of an automotive vehicle one can point out the definition of the characteristics of its suspensions. Suspension definition phase can be understood as the following scenario: given a suspension type, which hard points (geometric) and what values of stiffness/damping for the whole system will result in a desired dynamic behavior for the vehicle as well as production feasibility. Moreover, understanding the iteration among the suspension parameters, even considering just the tuning ones, is crucial for performance optimization. This work intends to propose a method for vehicle tuning characteristics optimization, having as a target the ride comfort. The vehicle considered here is a commercial truck, and among its parameters one considers cabin and suspension springs, cabin dampers and suspension damper curves. A vehicle model was developed in ADAMS environment and prior to the optimization the vehicle was validated against experimental data. Metrics were specially developed to take into account subjective aspects of ride, and, in this way, eliminating the gap between subjective evaluations and simulations analysis. Results showed improvements in ride comfort. The resulting setup was measured and the improvements were confirmed with experimental data.

A proposição desta tese consiste na aplicação da técnica de Sistemas Multicorpos, na dinâmica de veículos guiados em trajetória variável. Foi apresentada uma visão geral do formalismo matemático, baseado nos métodos de Lagrange e Kane, utilizados nos programas de multicorpos, para geração automática das equações de movimento. A teoria de mecânica de contato, fundamental para o cálculo das forças de contato, entre o veículo e a guia, foi exposta detalhadamente. Sua validação, foi realizada, através de ensaios de laboratório, realizados no INRETS (França). A técnica de modelagem de Sistemas Multicorpos, foi aplicada, na previsão do comportamento dinâmico de veículos guiados. Neste sentido, a elaboração do modelo, através da descrição topológica, obtenção das equações de movimentos, análise e simulação do comportamento, foram realizadas. Foram selecionados na literatura internacional, os estudos de caso propostos pela International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD), para avaliação de veículos guiados. Foram modelados, o rodeiro ferroviário, submetido a força lateral, truque trafegando por um desvio e um veículo completo inscrevendo uma curva. O veículo modelado com 35 graus de liberdade, produziu mais de 1100 equações algébrico/diferenciais (DAE). As simulações do comportamento dinâmico dos sistemas, foram realizadas e os resultados apresentados em gráficos temporais. Os modos de movimento foram quantificados, através da analise modal, realizada no sistema linearização em torno de um ponto de operação. Os valores obtidos, foram comparados com números publicados e algumas discrepâncias, foram encontradas e justificadas. Pode-se observar nitidamente, o movimento de lacet, a partir dos auto-vetores complexos da matriz dinâmica do sistema. De forma geral, os resultados obtidos tanto na análise temporal, como no domínio da freqüência, apresentaram boa concordância, com os resultados publicados por outros autores. Estes resultados encorajadores, promovem a confiança na aplicação da técnica de Multicorpos em veículos guiados, sendo estímulo, para aplicação no desenvolvimento de novos projetos. / The subject of this thesis is the application of multibody system modelling techniques for dynamic behaviour investigation on guided vehicle on variable track trajectories. Analysis of existing techniques for generating vehicle motion equations, using multibody systems (MBS), is also carried out. Rolling contact theory, fundamental for vehicle/track forces calculations, are extensively reviewed. Validation have been carried out with laboratorial experiments. Multibody system modelling techniques have been used to predict, guided vehicle behaviour. Topological model description, have been used to generate equation of motion for simulation purposes. It has been chosen the railway vehicle, proposed by the International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD), as evaluation benchmark. The solution of wheelset benchmark proposition is presented. A two wheelset bogie model in a deviation, is also solved. A complete railway vehicle, with 35 degrees of freedom model, producing more than 1100 differential/algebraic equations (DAE), is performed and analysed. Time result simulation have been presented. Modal analysis have been performed around an operation point. Results have been compare with numbers published and discrepancy founded have been justified. Hunting movement have been obtained with the complex eigen-vector from system dynamic matrix. In general, results obtained from time and frequency domain, agreed with available results published from other authors. This encouraging results, promote credibility to Multibody System technique application to guided vehicle, stimulating new developing applications.

Recentemente, uma mudança de paradigma vem impactando toda a engenharia e manufatura na forma de se planejar, projetar, testar e construir produtos. A forma mais tradicional de desenvolvimento, que se caracterizava pelo processo seriado de múltiplos ciclos de design-construção-teste, vem sendo substituída gradativamente por processos de desenvolvimento guiados por simulação computacional. Decorrentes disso, os primeiros protótipos físicos são freqüentemente capazes de atingir os objetivos quando testados. Esta mudança, chamada também de projeto baseado em simulação, permite reduzir drasticamente o tempo de desenvolvimento de produtos e trazer a inovação para o mercado. Este trabalho apresenta uma forma computacional, via técnica de multicorpos, para se analisar a dinâmica de uma lavadora de eixo vertical. É proposto um protótipo virtual no software ADAMS, para estudo dinâmico de uma lavadora durante o processo crítico de centrifugação. O modelo virtual é posteriormente confrontado com dados experimentais, para sua validação. Uma extensa pesquisa bibliográfica foi realizada, com a intenção de capturar as técnicas mais usuais de modelamento e estudo dinâmico em lavadoras, bem como de compreender melhor o papel de seus componentes durante o processo crítico de centrifugação. / Recently a paradigm shift has impacted the engineering and manufacturing in the way of planning, designing, testing and building products. The most traditional way of product development, characterized by multiple cycles of design-build-test, has been substituted by a process based on computational simulation, where the first physical prototypes are capable of delivering the desired performance. This new way of developing products is called simulation based design and allows organizations to reduce drastically the product lead time and bring innovation to the market. This work presents a computational way to analyze the dynamic behavior of a top load washing machine using multibody system (MBS). It\'s proposed a virtual prototype developed in the ADAMS software, for dynamic study of a commercial washing machine during spin cycle. The virtual model is compared to experimental data for validation. An extensive research in the literature has been done in order to find the most usual ways of modeling and analyzing washing machine dynamics during spin.

Sistemas dinâmicos ferroviários são modelados levando-se em consideração as forças de contato roda trilho. As equações de movimento são fortemente influenciadas pela determinação dessas forças, o que requer o conhecimento da mecânica de contato, ferramenta imprescindível na previsão do comportamento de uma composição ferroviária. O rodeiro é responsável por receber as excitações na forma de irregularidades e imperfeições da via e transferi-la para a suspensão primária. A proposta dessa dissertação consiste em realizar simulações no domínio do tempo, da resposta do comportamento dinâmico do rodeiro ferroviário de 2 graus de liberdade. O modelo matemático equivalente é desenvolvido. A rigidez de contato e a conicidade são linearizados em torno de um ponto de operação, próximo ao centro da via. É apresentada a influência da velocidade na estabilidade para o modelo linearizado e para a conicidade variando de 0.1 a 1.0. Os respectivos modos de vibrar também são apresentados. Em seguida, o modelo matemático não linear do rodeiro ferroviário é gerado por software especializado na criação de sistemas de multicorpos, VAMPIRE, que permite a criação das equações de movimento através da topologia do sistema. O modelo é criado seguindo a proposta do benchmarck apresentada pela International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD). O rodeiro recebe uma força lateral crescente que se estabiliza em 20kN. O rodeiro é excitado com a aplicação de outra força lateral a uma taxa de 50kN/s até o descarrilamento. As forças longitudinais, laterais que aparecem no contato, o ângulo do plano de contato, ângulo de yaw e afastamento lateral são comparados com o benchmarck e outros autores. / Railway dynamics systems are modeled regarding the creep forces between wheel-rail. The equations of movement are strongly influenced by these forces, what requests the knowledge of the theory in mechanical of contact, necessary tool to foresee the behavior of a railway vehicle. The wheelset is responsible by receiving the perturbations of irregularities and transfer them to the primary suspension. A railway vehicle is composed by primary and secondary suspensions. The proposal is based on performing simulations in the time domain, dynamic mresponse of a railway wheelset of two degrees of freedom. The mathematical model is developed. The stiffness of contact and conicity are linearized around an operation point, near to track center. The influence of speed is determined to linearized model and to a range of 0.1 to 1.0 in the conicity. The eigenvectors are presented. In the following, the non linear model of the wheelset is generated using a specialized package of multi body system, VAMPIRE. The package creates equations of movement after the generation of the topology. The non linear mathematical model are defined by the benchmark proposed by International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD). The wheelset is submitted to 20kN at the rail level. In a second case, the wheelset is submitted to a rate of 50kN/s of lateral force until derailing. The determined longitudinal and lateral forces on contact, yaw angle and displacement of the center of gravity of the wheelset, contact angle are compared with the benchmark results and other authors.