Neste trabalho estuda-se a interação, através de choques, entre um oscilador harmônico e um carro de trilho de ar inclinado, análogo ao sistema descrito na literatura como \"bouncing-ball\". A análise teórica e a simulação prevêem estabilidade e bifurcação nas fases do oscilador em que ocorrem os choques, confirmados pela experiência. As simulações indicam a ocorrência de caos, fato que foi confirmado experimentalmente. O sistema experimental de aquisição de dados produzido permite a utilização no ensino de graduação. Os dados experimentais gerados pelo sistema são coletados por uma interface de aquisição, que trabalha acoplada a um microcomputador Apple II, e transferidos para um microcomputador tipo IBM-PC, possibilitando uma análise rápida dos resultados obtidos. Para a visualização das regiões de estabilidade, de bifurcação e do atrator estranho, que surge na região de caos, foram desenvolvidos programas gráficos e de cálculo, que permitem, também, realizar uma avaliação da dimensão do atrator. Os programas de simulação permitem ao aluno realizar cálculos e gerar gráficos, variando os parâmetros de controle do sistema. No experimento foi utilizado coeficiente de restituição E de 0,22 e a dimensão fractal encontrada para o atrator foi 1,2. / In the present dissertation the interaction between an harmonic oscillator and an air track\'s glider is studied, analogous to the system described in literature as the bouncing-ball. Theoretical analysis and simulation predict stability and bifurcation in the phases of the oscillator in which occur collisions. The simulations indicate the occurrence of chaos, a fact confirmed experimentally. The built up experimental data acquisition system can be used in undergraduate teaching. Experimental data generated by the system are collected by na acquisition interface, which works linked to an Apple II microcomputer, and are transferred to an IBM-PC type microcomputer, allowing quick analysis of the obtained results. To visualize the regions of stability, of bifurcation and of the strange attractor, graphic and calculation programs were developed, which also permit an evaluation of the attractor\'s dimension. The simulation programs allow the student to do calculations and generate graphs, while varying the system\'s control parameters. In the experiment a restitution coefficient E of 0.22 was used and the found fractal dimension for the attractor was 1.2.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-21T20:44:38Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Antônio Carlos da Silva Viana.pdf: 1336345 bytes, checksum: 4bb81a9fd859fd1257b79e1558f89836 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-09-11T17:40:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Antônio Carlos da Silva Viana.pdf: 1336345 bytes, checksum: 4bb81a9fd859fd1257b79e1558f89836 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-11T17:40:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Antônio Carlos da Silva Viana.pdf: 1336345 bytes, checksum: 4bb81a9fd859fd1257b79e1558f89836 (MD5) Previous issue date: 2016-12-12 / CNPq / Dentre os assuntos de grande relevância na atualidade, encontra-se a questão da sustentabilidade. Desenvolver e garantir que as futuras gerações também de desenvolvam tem sido um tema bastante debatido nos fóruns nacionais e internacionais. Neste contexto se enquadra também o problema da geração de resíduos, tema que deixa em alerta as empresas e a sociedade, pois trabalhos e pesquisas nesta área apontam crescimento exorbitante na quantidade de resíduos gerados no planeta, e os gestores se deparam com poucas alternativas de destinação para essa gama de material produzido diariamente. Face aos diversos resíduos que são gerados todos os dias, este trabalho aborda especificamente sobre os resíduos de trilho, fruto das manutenções da malha ferroviária do Brasil, buscando estruturar um problema com auxilio da abordagem VFT (Value-focused thinking), do português – Pensamento Focado em Valores. A aplicação estruturada desta abordagem fornece subsídios para criação de novas alternativas de destinação e auxilia na elaboração de um modelo matemático, que consequentemente promove melhorias no processo de apoio a tomada de decisão sobre a recomendação da melhor alternativa. O estudo de caso é desenvolvido na Estrada de Ferro Carajás, principal ferrovia do Brasil no quesito volume de carga transportada, conforme relatório de evolução do transporte ferroviário emitido em agosto de 2016 pela ANTT (Agência Nacional de Transportes Terrestres). Está estrada tem apresentado dificuldades na destinação do grande volume de resíduos de trilhos gerados. O problema apresenta três decisores, para os quais foram traçadas as redes meio-fim e cuja, as preferências se complementam, não sendo identificados conflitos de interesse. O trabalho foi de grande relevância para a empresa, uma vez que foi possível se identificar alternativas até então não aplicadas para a destinação deste resíduo, bem como apontou as similaridades dos pontos de vista dos envolvidos, demostrando o engajamento e nivelamento da liderança quanto à busca de solução do problema e ainda representou a etapa introdutória de um processo que visa aplicação de um método que indique realmente a melhor solução a ser adotada. / Among the issues of great relevance today is the question of sustainability. Developing and ensuring that future generations also have developed has been a hotly debated topic in national and international forums. In this context, there is also the problem of waste generation, a theme that leaves companies and society on the alert, as research and studies in this area point to exorbitant growth in the amount of waste generated on the planet, and managers are faced with few alternatives For this range of material produced daily. Considering the various waste that is generated every day, this work specifically addresses rail waste, the result of maintenance of the Brazilian railway network, seeking to structure a problem with the help of the VFT (Value-focused thinking) approach of Portuguese – Thought Focused on Values. The structured application of this approach provides subsidies for the creation of new allocation alternatives and assists in the elaboration of a mathematical model, which consequently promotes improvements in the process of support decision making on the recommendation of the best alternative. The case study is developed on the Carajás Railroad, the main railroad in Brazil in terms of volume of cargo transported, according to an evolution report on rail transportation issued by ANTT (National Agency for Land Transport) in August 2016. This road has presented difficulties in the destination of the large volume of rail waste generated. The problem presents three decision makers, for whom the half-end networks were drawn and whose preferences complement each other, and conflicts of interest are not identified. The work was of great relevance to the company, since it was possible to identify alternatives hitherto not applied to the destination of this waste, as well as pointed out the similarities of the points of view of those involved, demonstrating the engagement and leveling of the search leadership Of solution of the problem and also represented the introductory stage of a process that aims at applying a method that really indicates the best solution to be adopted.

Neste trabalho estuda-se a interação, através de choques, entre um oscilador harmônico e um carro de trilho de ar inclinado, análogo ao sistema descrito na literatura como \"bouncing-ball\". A análise teórica e a simulação prevêem estabilidade e bifurcação nas fases do oscilador em que ocorrem os choques, confirmados pela experiência. As simulações indicam a ocorrência de caos, fato que foi confirmado experimentalmente. O sistema experimental de aquisição de dados produzido permite a utilização no ensino de graduação. Os dados experimentais gerados pelo sistema são coletados por uma interface de aquisição, que trabalha acoplada a um microcomputador Apple II, e transferidos para um microcomputador tipo IBM-PC, possibilitando uma análise rápida dos resultados obtidos. Para a visualização das regiões de estabilidade, de bifurcação e do atrator estranho, que surge na região de caos, foram desenvolvidos programas gráficos e de cálculo, que permitem, também, realizar uma avaliação da dimensão do atrator. Os programas de simulação permitem ao aluno realizar cálculos e gerar gráficos, variando os parâmetros de controle do sistema. No experimento foi utilizado coeficiente de restituição E de 0,22 e a dimensão fractal encontrada para o atrator foi 1,2. / In the present dissertation the interaction between an harmonic oscillator and an air track\'s glider is studied, analogous to the system described in literature as the bouncing-ball. Theoretical analysis and simulation predict stability and bifurcation in the phases of the oscillator in which occur collisions. The simulations indicate the occurrence of chaos, a fact confirmed experimentally. The built up experimental data acquisition system can be used in undergraduate teaching. Experimental data generated by the system are collected by na acquisition interface, which works linked to an Apple II microcomputer, and are transferred to an IBM-PC type microcomputer, allowing quick analysis of the obtained results. To visualize the regions of stability, of bifurcation and of the strange attractor, graphic and calculation programs were developed, which also permit an evaluation of the attractor\'s dimension. The simulation programs allow the student to do calculations and generate graphs, while varying the system\'s control parameters. In the experiment a restitution coefficient E of 0.22 was used and the found fractal dimension for the attractor was 1.2.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:02:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10759_LEANDRO PRATES FERREIRA DE ALMEIDA .pdf: 8649944 bytes, checksum: e7a2c275bfacd690ee0a5b517c44e443 (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / O estudo do contato roda-trilho tem ganhado importância na Engenharia Ferroviária, especialmente por trilho e roda representarem os segundo e terceiro maiores custos com materiais na ferrovia, ficando atrás somente dos gastos com combustível. Geralmente o fim de vida destes componentes se dá devido ao desgaste. As condições de contato variam de acordo com as particularidades de cada ferrovia, como carga, velocidade, traçado e materiais utilizados, entre outros. Com o objetivo de entender os mecanismos de desgaste existentes para as condições de contato típicas da Estrada de Ferro Vitória a Minas, foram realizados ensaios de desgaste por deslizamento na configuração pino-disco, sem lubrificação, com velocidade de deslizamento variável e carga normal constante. Os pinos, de extremidade esférica, foram fabricados com material do trilho convencional da EFVM aço perlítico com dureza superficial de 370 Brinell e os discos foram fabricados com material de rodas fundidas e forjadas da classe C da norma AAR. O volume desgastado dos pinos foi calculado com base no diâmetro da calota de desgaste. Já nos discos, o volume desgastado foi obtido por perfilometria 3D. Os mecanismos de desgaste foram analisados com auxílio de um microscópio estereoscópico e de um microscópio eletrônico de varredura. Os resultados indicam um aumento no coeficiente de atrito nos ensaios à velocidade de 0,9 m/s µ aproximadamente 0,8 quando comparado com os valores obtidos à velocidade de 0,1 m/s, onde µ ficou entre 0,5 e 0,6. Já a severidade do desgaste, tanto dos pinos quanto dos discos, foi maior nos ensaios realizados com velocidade de deslizamento de 0,1 m/s. Comparando os diferentes materiais dos discos, o desgaste de pinos e discos foi consideravelmente maior nos sistemas com rodas forjadas. Os mecanismos de desgaste observados foram predominantemente de natureza plástica, com ocorrência de sulcos plásticos e adesão de materiais oxidados na superfície de pinos e discos. Palavras-chave: roda, trilho, ferrovia, desgaste por deslizamento, pino, disco, mecanismos de desgaste.

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.

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.

In computer simulation the term \"multibody system\" is usually employed to describe a system of interconnected bodies. Several examples of multibody systems can be found in railway engineering. A wheelset interacting with a track through a contact interface is just one example of practical interest. Modelling mechanical systems in a virtual environment contributes to the understanding of subjects such as dynamic behaviour, stability, durability, wear, fatigue, etc. In the context of a rigid-flexible multibody system mathematically described by a weak-form, the purpose of the present work is to evaluate the contributions due to rigid bodies considering their contact interactions. Inertial contributions due to distribution of mass of a rigid body are fully developed, considering a general pole position associated with a single node, representing a rigid body element. Rodrigues rotation parameters are used to describe finite rotations, by an updated Lagrangian description. Then, the so-called master-surface to master-surface contact formulation is adapted to be used in conjunction with the rigid body element and flexible bodies, aiming to consider their interaction in a rigid-flexible multibody environment. New surface parameterizations are proposed to establish contact pairs, permitting pointwise interaction in a frictional scenario. The proposed formulation is used to represent mechanical systems from different contexts, including a numerical example of the wheel-rail contact interface. The obtained results show the robustness and applicability of the methods. / Em simulação computacional o termo \"sistema multicorpos\" é usualmente empregado para descrever um sistema de corpos interconectados. Diversos exemplos de sistemas multicorpos podem ser encontrados no campo da engenharia ferroviária. Um rodeiro interagindo com a via através de uma interface de contato é apenas um dos exemplos de interesse prático. A modelagem de sistemas mecânicos em um ambiente virtual contribui para o entendimento de assuntos como comportamento dinâmico, estabilidade, durabilidade, desgaste, fadiga, etc. No contexto de um sistema multicorpos rígido-flexível descrito matematicamente por uma forma fraca, o propósito do presente trabalho é avaliar as contribuições devido à presença de corpos rígidos considerando interações de contato. Contribuições inerciais devido à distribuição de massa do corpo rígido são desenvolvidas e apresentadas em totalidade, considerando um polo genérico associado a um único nó, representando o corpo rígido. Parâmetros de rotação de Rodrigues são usados para descrever rotações finitas em uma descrição Lagrangiana atualizada. A formulação de contato master-surface to master-surface é adaptada para ser usada em conjunto com o elemento de corpo rígido e corpos flexíveis, estabelecendo a interação entre esses corpos em um ambiente de simulação multicorpos. Novas parametrizações de superfícies de contato são desenvolvidas para estabelecer os pares de contato, assumindo-se interações pontuais, em um cenário de contato com atrito. A formulação proposta é usada para representar sistemas mecânicos em diferentes contextos, incluindo um exemplo numérico do caso de contato roda-trilho. Os resultados obtidos mostram a robustez e a aplicabilidade dos métodos.

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.

In computer simulation the term \"multibody system\" is usually employed to describe a system of interconnected bodies. Several examples of multibody systems can be found in railway engineering. A wheelset interacting with a track through a contact interface is just one example of practical interest. Modelling mechanical systems in a virtual environment contributes to the understanding of subjects such as dynamic behaviour, stability, durability, wear, fatigue, etc. In the context of a rigid-flexible multibody system mathematically described by a weak-form, the purpose of the present work is to evaluate the contributions due to rigid bodies considering their contact interactions. Inertial contributions due to distribution of mass of a rigid body are fully developed, considering a general pole position associated with a single node, representing a rigid body element. Rodrigues rotation parameters are used to describe finite rotations, by an updated Lagrangian description. Then, the so-called master-surface to master-surface contact formulation is adapted to be used in conjunction with the rigid body element and flexible bodies, aiming to consider their interaction in a rigid-flexible multibody environment. New surface parameterizations are proposed to establish contact pairs, permitting pointwise interaction in a frictional scenario. The proposed formulation is used to represent mechanical systems from different contexts, including a numerical example of the wheel-rail contact interface. The obtained results show the robustness and applicability of the methods. / Em simulação computacional o termo \"sistema multicorpos\" é usualmente empregado para descrever um sistema de corpos interconectados. Diversos exemplos de sistemas multicorpos podem ser encontrados no campo da engenharia ferroviária. Um rodeiro interagindo com a via através de uma interface de contato é apenas um dos exemplos de interesse prático. A modelagem de sistemas mecânicos em um ambiente virtual contribui para o entendimento de assuntos como comportamento dinâmico, estabilidade, durabilidade, desgaste, fadiga, etc. No contexto de um sistema multicorpos rígido-flexível descrito matematicamente por uma forma fraca, o propósito do presente trabalho é avaliar as contribuições devido à presença de corpos rígidos considerando interações de contato. Contribuições inerciais devido à distribuição de massa do corpo rígido são desenvolvidas e apresentadas em totalidade, considerando um polo genérico associado a um único nó, representando o corpo rígido. Parâmetros de rotação de Rodrigues são usados para descrever rotações finitas em uma descrição Lagrangiana atualizada. A formulação de contato master-surface to master-surface é adaptada para ser usada em conjunto com o elemento de corpo rígido e corpos flexíveis, estabelecendo a interação entre esses corpos em um ambiente de simulação multicorpos. Novas parametrizações de superfícies de contato são desenvolvidas para estabelecer os pares de contato, assumindo-se interações pontuais, em um cenário de contato com atrito. A formulação proposta é usada para representar sistemas mecânicos em diferentes contextos, incluindo um exemplo numérico do caso de contato roda-trilho. Os resultados obtidos mostram a robustez e a aplicabilidade dos métodos.

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.