Esta pesquisa avalia a aplicabilidade de modelos matemáticos para analisar a compatibilidade de tráfego de caminhões e combinações de veículos de carga com trechos de rodovias. Os modelos avaliados permitiram a elaboração de um simulador de tráfego de veículos rodoviários de carga em trechos de rodovias, permitindo determinar o perfil de velocidades com base nas características mecânicas do veículo e o perfil da rodovia. O método permite ainda obter os valores de aceleração, potência utilizada, e consumo de combustível. Os resultados obtidos mostraram-se consistentes com observações de campo e recomendações de manuais de projeto de rodovias. Outros fatores associados à compatibilidade entre veículos e rodovias, como capacidade de frenagem motora, capacidade de frenagem de emergência, requisitos de sobrelargura, estabilidade veicular, influência do comportamento do condutor sobre as simulações, consumo de combustíveis e emissões de poluentes são discutidos. Conclui-se que o simulador tem utilidade tanto como ferramenta de análise da compatibilidade de tráfego de veículos de carga em trechos de rodovias, como para identificar deficiências de projeto geométrico de rodovias para autorizar o tráfego de determinadas configurações veiculares. / This research evaluates the applicability of mathematical models to analyze the traffic compatibility of trucks or cargo combination vehicles with road segments. The evaluated models led to a cargo vehicle locomotion simulator along a road segment, that calculates the speed profile of the vehicle as a function of its mechanical characteristics and the road profile. The method also calculates values of acceleration, used power, and fuel consumption. The results obtained are consistent with field observations and recommendations of road design manuals. Others factors associated with the traffic compatibility of cargo vehicles with geometric characteristics of a road segment like engine braking capability, emergency braking capability, overwidht requirements, vehicle stability, conductor influence, fuel consumption, and emissions rates are also discussed. The conclusion is that the simulator can be used as a tool for traffic compatibility analysis of cargo vehicles with road sections or to identify road design deficiencies to certify traffic of certain vehicle configurations.

Atualmente, a exigência da indústria na construção de estruturas complexas é consequência da acirrada concorrência, principalmente, entre empresas dos segmentos rodoviários. Com o auxílio de ferramentas computacionais, baseadas no Método de Elementos Finitos, é possível dimensionar essas estruturas submetidas a solicitações aleatórias variando no tempo. Nesse caso, é comum a realização de simulações dinâmicas no domínio do tempo que se empregue um modelo de Elementos Finitos de placa ou viga e, assim, obter as tensões nos locais críticos de interesse. Porém, análises no domínio do tempo capturam tensões e deformações com boa precisão, mas costumam ser caras computacionalmente. Na maioria dos casos estudados, a vida em fadiga é fundamental para prever falhas estruturais de elevadas proporções, como o colapso da viga principal da estrutura chassi de um implemento rodoviário. Diante disso, são de interesse tecnológico e industrial as análises no domínio da frequência, a fim de diminuir o custo computacional de simulação dinâmica independente do modelo de Elementos Finitos. Com esse propósito, o presente trabalho propõe uma comparação entre metodologias capazes em estimar a vida em fadiga no domínio do tempo e da frequência, de um caso simples e um segundo caso, mais complexo, que é o da indústria. Os diferentes modelos de Elementos Finitos e métodos de cálculos da vida em fadiga no domínio da frequência são comparados e discutidos, usando-se como referência o método clássico de cálculo da vida em fadiga, domínio do tempo. A metodologia leva em conta os diferentes Elementos Finitos empregados, as simplificações dos modelos estruturais usados e potenciais restrições cinemáticas aplicadas ao modelo. A comparação é feita com a ajuda de ferramentas comerciais que executam as análises modais, harmônicas, transientes, espectrais e rotinas de cálculos. Assim, o analista pode selecionar malhas com quantidade viável de graus de liberdade tornando possível as simulações dinâmicas e, além disso, prever a vida em fadiga no domínio do tempo para modelos simples e complexos. A partir dos resultados, verificou-se que as análises de estimativa da vida em fadiga no domínio da frequência, para modelos complexos, ainda não apresentam resultados confiáveis e, assim, são sugeridas recomendações. / Currently, the industry demand for the construction of complex structures is a consequence of the fierce competition, mainly between companies from semi-trailers segments. With the support of computational tools, based on the Finite Element Method, it is possible to size these structures submitted to random requests varying in time. In this case, it is common to perform dynamic simulations in the time domain to use a Finite Element model of plate or beam and thus obtain the stresses at the critical sites of interest. However, time domain analyses capture tensions and deformations with good accuracy, but they are often computationally expensive. In most of the studied cases, fatigue life is fundamental to predict structural failures of high proportions, such as main beam collapse of the chassis structure of a semi-trailer. Therefore, the semi-trailer industry segments is interested in the frequency domain, in order to reduce the computational cost of dynamic simulation no matter of the Finite Element model. With this purpose, the present work proposes a comparison between methodologies which are able to estimate the fatigue life in time domain and frequency, of a simple and second case, more complex, that of the industry. The different Finite Element models and methods of calculating fatigue life in frequency domain are compared and discussed using the classic time domain fatigue life calculation method as reference. The methodology takes into account the different Finite Elements are used, the simplifications of the structural models used and potential kinematic constraints applied to the model. The comparison is made with not only the following analyses: modal, harmonic, transient, spectral, but also computational routines. Thus, the analyst can select meshes with a viable amount of degrees of freedom making dynamic simulations possible, in addition, to its predict the fatigue life in time domain for simple and complex models. Based on the results, it was verified that the fatigue life estimates in frequency domain, for complex models, do not present reliable results yet. Therefore, recommendations are suggested.

Esta pesquisa investiga alternativas de transporte de cargas frigoríficas entre fábricas e centros de distribuição, avaliando as possíveis vantagens econômicas que resultariam do transporte intermodal rodo-hidroviário de contêineres ISO e do uso da CVC (Combinação de Veículo Carga) do tipo 3S3B3 - cavalo mecânico de três eixos mais dois semi-reboques de três eixos unidos por uma conexão do tipo B com PBTC de 74t, em relação ao cenário atual de transporte rodoviário porta-a-porta com a CVC do tipo 2S3 – cavalo mecânico de dois eixos com um semi-reboque de três eixos de 41,5t de PBTC. Com o auxílio de um Sistema de Informações Geográficas (TransCAD) dimensiona-se a frota e elabora-se um modelo de custos de transporte na rede de rotas para diversos cenários alternativos. As tarifas de pedágios das principais concessionárias de rodovias brasileiras e as tarifas portuárias dos portos considerados no modelo serviram como fonte de informações para a criação de mapas temáticos, rotas de caminho mínimo e a obtenção do custo por tonelada transportada. Conclui-se, através da análise dos resultados obtidos, que existem potenciais ganhos econômicos da alternativa de transporte intermodal rodo-marítimo, associado a CVC 3S3B3 – bitrem com implemento porta-contêineres, no acesso aos portos e no trajeto do porto ao centro de distribuição em relação à tecnologia de transporte utilizada atualmente, de transporte rodoviário porta-a-porta com a CVC 2S3 – semi-reboque com implemento rodoviário baú frigorífico e capacidade de carga de 26 paletes padrão PBR. Conclui-se também que a tecnologia do tipo 3S3B3 com baú frigorífico e capacidade de carga de 40 paletes oferece aos transportadores uma alternativa que, na grande maioria das rotas estudadas, é mais competitiva que a integração modal rodo-hidroviária. / This research investigates transportation alternatives between industries and distribution centers by evaluating the possible advantages of the road-waterway intermodal transport of ISO containers and the use of a LCV-Long Combination Vehicle of the 3S3B3 type – a tractor plus two semi-trailers linked by a B-train connection and 74t of GVW, in relation to the present roadway house-to-house operating scenario using a five axles semi-trailer of the 2S3 type and 41,5t of GVW. Using a Geographic Information System (TransCAD) the fleet size and the operating costs of the transportation network are calculated. For different alternative scenarios tolls charged by the brasilian private road administration partnership and current port rates are used in the model, and served as the basis to elaborate the thematic maps, minimum cost routes and costs per transported ton. From the analysis of the results it is concluded that the intermodal road-waterway alternative, associated to the transport of containers to the ports and from the ports to the distribution centers using the 3S3B3 with two container flatbeds, offers potencial economic gains in relation to the present technology using the house-to-house road transport with the 2S3 and a reefer trailer for 26 PBR pallets. It is also concluded that the 3S3B3 technology with 2 reefer units and capacity of 40 PBR pallets offers an alternative to the transportation industry that outperforms the road-waterway intermodal integration on most studied routes.

Atualmente, a exigência da indústria na construção de estruturas complexas é consequência da acirrada concorrência, principalmente, entre empresas dos segmentos rodoviários. Com o auxílio de ferramentas computacionais, baseadas no Método de Elementos Finitos, é possível dimensionar essas estruturas submetidas a solicitações aleatórias variando no tempo. Nesse caso, é comum a realização de simulações dinâmicas no domínio do tempo que se empregue um modelo de Elementos Finitos de placa ou viga e, assim, obter as tensões nos locais críticos de interesse. Porém, análises no domínio do tempo capturam tensões e deformações com boa precisão, mas costumam ser caras computacionalmente. Na maioria dos casos estudados, a vida em fadiga é fundamental para prever falhas estruturais de elevadas proporções, como o colapso da viga principal da estrutura chassi de um implemento rodoviário. Diante disso, são de interesse tecnológico e industrial as análises no domínio da frequência, a fim de diminuir o custo computacional de simulação dinâmica independente do modelo de Elementos Finitos. Com esse propósito, o presente trabalho propõe uma comparação entre metodologias capazes em estimar a vida em fadiga no domínio do tempo e da frequência, de um caso simples e um segundo caso, mais complexo, que é o da indústria. Os diferentes modelos de Elementos Finitos e métodos de cálculos da vida em fadiga no domínio da frequência são comparados e discutidos, usando-se como referência o método clássico de cálculo da vida em fadiga, domínio do tempo. A metodologia leva em conta os diferentes Elementos Finitos empregados, as simplificações dos modelos estruturais usados e potenciais restrições cinemáticas aplicadas ao modelo. A comparação é feita com a ajuda de ferramentas comerciais que executam as análises modais, harmônicas, transientes, espectrais e rotinas de cálculos. Assim, o analista pode selecionar malhas com quantidade viável de graus de liberdade tornando possível as simulações dinâmicas e, além disso, prever a vida em fadiga no domínio do tempo para modelos simples e complexos. A partir dos resultados, verificou-se que as análises de estimativa da vida em fadiga no domínio da frequência, para modelos complexos, ainda não apresentam resultados confiáveis e, assim, são sugeridas recomendações. / Currently, the industry demand for the construction of complex structures is a consequence of the fierce competition, mainly between companies from semi-trailers segments. With the support of computational tools, based on the Finite Element Method, it is possible to size these structures submitted to random requests varying in time. In this case, it is common to perform dynamic simulations in the time domain to use a Finite Element model of plate or beam and thus obtain the stresses at the critical sites of interest. However, time domain analyses capture tensions and deformations with good accuracy, but they are often computationally expensive. In most of the studied cases, fatigue life is fundamental to predict structural failures of high proportions, such as main beam collapse of the chassis structure of a semi-trailer. Therefore, the semi-trailer industry segments is interested in the frequency domain, in order to reduce the computational cost of dynamic simulation no matter of the Finite Element model. With this purpose, the present work proposes a comparison between methodologies which are able to estimate the fatigue life in time domain and frequency, of a simple and second case, more complex, that of the industry. The different Finite Element models and methods of calculating fatigue life in frequency domain are compared and discussed using the classic time domain fatigue life calculation method as reference. The methodology takes into account the different Finite Elements are used, the simplifications of the structural models used and potential kinematic constraints applied to the model. The comparison is made with not only the following analyses: modal, harmonic, transient, spectral, but also computational routines. Thus, the analyst can select meshes with a viable amount of degrees of freedom making dynamic simulations possible, in addition, to its predict the fatigue life in time domain for simple and complex models. Based on the results, it was verified that the fatigue life estimates in frequency domain, for complex models, do not present reliable results yet. Therefore, recommendations are suggested.

Atualmente, a exigência da indústria na construção de estruturas complexas é consequência da acirrada concorrência, principalmente, entre empresas dos segmentos rodoviários. Com o auxílio de ferramentas computacionais, baseadas no Método de Elementos Finitos, é possível dimensionar essas estruturas submetidas a solicitações aleatórias variando no tempo. Nesse caso, é comum a realização de simulações dinâmicas no domínio do tempo que se empregue um modelo de Elementos Finitos de placa ou viga e, assim, obter as tensões nos locais críticos de interesse. Porém, análises no domínio do tempo capturam tensões e deformações com boa precisão, mas costumam ser caras computacionalmente. Na maioria dos casos estudados, a vida em fadiga é fundamental para prever falhas estruturais de elevadas proporções, como o colapso da viga principal da estrutura chassi de um implemento rodoviário. Diante disso, são de interesse tecnológico e industrial as análises no domínio da frequência, a fim de diminuir o custo computacional de simulação dinâmica independente do modelo de Elementos Finitos. Com esse propósito, o presente trabalho propõe uma comparação entre metodologias capazes em estimar a vida em fadiga no domínio do tempo e da frequência, de um caso simples e um segundo caso, mais complexo, que é o da indústria. Os diferentes modelos de Elementos Finitos e métodos de cálculos da vida em fadiga no domínio da frequência são comparados e discutidos, usando-se como referência o método clássico de cálculo da vida em fadiga, domínio do tempo. A metodologia leva em conta os diferentes Elementos Finitos empregados, as simplificações dos modelos estruturais usados e potenciais restrições cinemáticas aplicadas ao modelo. A comparação é feita com a ajuda de ferramentas comerciais que executam as análises modais, harmônicas, transientes, espectrais e rotinas de cálculos. Assim, o analista pode selecionar malhas com quantidade viável de graus de liberdade tornando possível as simulações dinâmicas e, além disso, prever a vida em fadiga no domínio do tempo para modelos simples e complexos. A partir dos resultados, verificou-se que as análises de estimativa da vida em fadiga no domínio da frequência, para modelos complexos, ainda não apresentam resultados confiáveis e, assim, são sugeridas recomendações. / Currently, the industry demand for the construction of complex structures is a consequence of the fierce competition, mainly between companies from semi-trailers segments. With the support of computational tools, based on the Finite Element Method, it is possible to size these structures submitted to random requests varying in time. In this case, it is common to perform dynamic simulations in the time domain to use a Finite Element model of plate or beam and thus obtain the stresses at the critical sites of interest. However, time domain analyses capture tensions and deformations with good accuracy, but they are often computationally expensive. In most of the studied cases, fatigue life is fundamental to predict structural failures of high proportions, such as main beam collapse of the chassis structure of a semi-trailer. Therefore, the semi-trailer industry segments is interested in the frequency domain, in order to reduce the computational cost of dynamic simulation no matter of the Finite Element model. With this purpose, the present work proposes a comparison between methodologies which are able to estimate the fatigue life in time domain and frequency, of a simple and second case, more complex, that of the industry. The different Finite Element models and methods of calculating fatigue life in frequency domain are compared and discussed using the classic time domain fatigue life calculation method as reference. The methodology takes into account the different Finite Elements are used, the simplifications of the structural models used and potential kinematic constraints applied to the model. The comparison is made with not only the following analyses: modal, harmonic, transient, spectral, but also computational routines. Thus, the analyst can select meshes with a viable amount of degrees of freedom making dynamic simulations possible, in addition, to its predict the fatigue life in time domain for simple and complex models. Based on the results, it was verified that the fatigue life estimates in frequency domain, for complex models, do not present reliable results yet. Therefore, recommendations are suggested.

Este trabalho apresenta o estudo dos efeitos dinâmicos de duas pontes ferroviárias para trens de carga pesada e trens de alta velocidade considerando a interação veículo-estrutura. O estudo centrou-se principalmente no desenvolvimento de uma metodologia iterativa para a simulação do fenômeno de interação. Em seguida, a metodologia desenvolvida foi utilizada para analisar a ponte Suaçuí (Brasil) e a ponte Antuã (Portugal), e para realizar um estudo paramétrico para avaliar o comportamento não linear da interface via-estrutura de algumas tipologias de pontes ferroviárias. A fim de entender os princípios básicos que governam a resposta dinâmica do sistema veículo-estrutura, foi realizada uma revisão das formulações analíticas e os conceitos básicos de interação veículo-estrutura. A partir das formulações analíticas desenvolveu-se uma metodologia para a resolução de problemas dinâmicos de interação, aproveitando as ferramentas de modelagem do programa ABAQUS por meio do programa MATLAB. A validação do aplicativo foi realizada comparando as respostas de exemplos simples analisados com programas de referência. A principal vantagem desta metodologia é a flexibilidade na seleção dos métodos de resolução do problema dinâmico, permitindo inclusive a incorporação de não linearidades tanto no modelo do veículo quanto da ponte. Utilizando a capacidade de simulação do aplicativo para problemas não lineares foi realizado um estudo paramétrico para verificar os parâmetros que mais influenciam no comportamento não linear da interface via-estrutura e uma aplicação prática para avaliar o desempenho de algumas tipologias de pontes ferroviárias. Para a análise dinâmica da ponte Suaçuí e Antuã desenvolveram-se modelos numéricos tridimensionais de elementos finitos no programa ABAQUS. As propriedades dos materiais das pontes, assim como as propriedades dinâmicas dos veículos foram determinadas a partir de técnicas de calibração numéricas, experimentais e da literatura. A calibração dos modelos numéricos foi realizada utilizando metodologias iterativas baseadas em técnicas de otimização, tais como os algoritmos genéticos. Na falta de dados experimentais das irregularidades, estas foram geradas a partir de funções de densidade espectral de potência. A validação dos modelos numéricos da ponte envolveu a comparação dos resultados numéricos, obtidos da análise de interação, e os resultados experimentais, encontrados nos ensaios dinâmicos sob ação de tráfego. Os resultados da comparação mostraram que os modelos numéricos conseguem reproduzir com boa aproximação as respostas medidas experimentalmente. Finalmente, são realizadas simulações das pontes sob ação de tráfego para diferentes velocidades de circulação dos veículos, a fim de verificar a segurança estrutural da ponte e da via, além do conforto dos passageiros. / This research presents the study of the dynamic effects of two railway bridges for heavy axle load trains and high speed trains considering the vehicle-structure interaction. The study was mainly focused on the development of an iterative method for simulating the interaction phenomenon. The developed methodology was used to investigate the Suaçuí railway bridge (Brazil) and the Antuã railway bridge (Portugal), and to carry out a parametric study to evaluate the non-linear behavior of the trackstructure interface of some typologies of railway bridges. In order to understand the basic principles that govern the dynamic response of the vehicle-structure system, a review of the analytical formulations and the basics of the vehicle-structure interaction were performed. Based on the analytical formulations a methodology for solving dynamic interaction problems was developed, taking advantage of modeling tools of the ABAQUS software managed from MATLAB. The validation of the methodology was carried out by comparing responses of simple examples analyzed with reference programs. The main advantage of this methodology is the flexibility in the selection of the methods for solving the dynamic problem, even allowing the incorporation of nonlinearities in the vehicle and bridge model. Using the capability of the developed program for modeling nonlinear problems it was carried out a parametric study to determine the parameters that influence in the non-linear behavior of the track-structure interface and a practical application to evaluate the performance of some typologies of railway bridges. For dynamic analysis of the Suaçuí and Antuã railway bridge threedimensional numerical finite element models in ABAQUS program were developed. Material properties of the bridges, as well as the dynamic properties of the vehicles were determined through numerical and experimental calibration techniques and from the literature. The calibration of numerical models was performed using iterative methodologies based on optimization techniques, such as genetic algorithms. In absence of experimental data irregularities of the Suaçuí bridge, these were generated using spectral density functions. The validation of numerical models of the bridges involved the comparison of numerical results obtained from the interaction analysis with experimental results obtained from dynamic tests under traffic loads. The results of comparison showed that the numerical models were capable to reproduce with good accuracy the responses experimentally measured. Finally simulations of the bridges under traffic loads were performed for different vehicle speeds in order to evaluate the structural and track safety and passenger comfort.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:50:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4516.pdf: 2685213 bytes, checksum: 549d36e8c309231a3650ebff250bb1af (MD5) Previous issue date: 2012-06-01 / The domain of logistics is concerned with providing customers with the right product in the right place at the right time. In our modern economy, the faster pace and wider scope of logistic operations has led to complex management problems that have drawn the attention of both industry and the academic world Optimizing the number of vehicles for a determined transport system requires a trade-off between the cost of vehicle acquisition and maintenance and the penalties involved in not meeting the requirements of the system. This thesis proposes to contribute to decision making in the operational management of those companies working in the transportation of goods by road, particularly as regards the optimization of vehicle use in freight transfer between terminals. Various operational problems, especially management of the transfer fleet, involves the dynamic allocation of limited resources to meet demand. Specifically, this paper deals with the dynamic (multi-period) vehicle allocation problem (DVAP) in the road transportation of full loads between terminals. The DVAP belongs to that class of problems dealing with dynamic resource allocation and consists of defining the movements of a fleet of vehicles that transport goods between terminals with a wide geographical distribution and which interact among themselves. These movements may be of fully-laden vehicles, unladen vehicles for repositioning or vehicles held at a terminal to meet future demands. Emphasis is given to the characterization of the problem in real situations, mathematical modeling of the problem and the use of operational research techniques in solving the problem. Also, heuristics and metaheuristics such as GRASP, simulated annealing and ant colony optimization are used in the solution. The objective is to determine dynamic allocation and fleet needs in order to minimize operational costs in meeting the demand for services. The main reason for undertaking this work was the possibility of practical application, the development of integer linear programming models and both exact and heuristic methods for solutions, aiming at the practical validation of the approaches in the real operational environment of a Brazilian transport company. / O domínio das atividades logísticas é fornecer aos clientes de um sistema o produto certo, no local certo e no tempo certo. Na economia moderna, o passo acelerado e o grande escopo das operações logísticas tem fomentado problemas gerenciais complexos, atraindo a atenção da indústria e da academia. Otimizar a quantidade de veículos para um determinado sistema de transporte requer a avaliação do tradeoff entre o custo de aquisição e manutenção de veículos e penalidades associadas com o não atendimento de demandas neste sistema. Esta tese se propõe a contribuir para apoiar decisões na gestão operacional de frotas de empresas prestadoras de serviços de transporte rodoviário de cargas. Em particular, na otimização do uso de veículos nos transportes de transferências de cargas entre terminais, tendo como fator crítico e determinante a maximização da utilização dos recursos nas operações. Vários problemas operacionais, em especial o gerenciamento da frota de transferência, consistem em dinamicamente alocar recursos limitados às requisições de tarefas. Especificamente, este trabalho trata do problema da alocação dinâmica (multi-períodos) de veículos (PADV) no transporte rodoviário de cargas completas entre terminais. O PADV pertence a classe de problemas de alocação dinâmica de recursos e consiste em definir movimentos de uma frota de veículos que realiza viagens entre terminais geograficamente dispersos que interagem entre si. Estes movimentos podem ser: veículos carregados com carga completa, veículos vazios para reposicionamento, ou veículos mantidos em um terminal de um período para outro como provisão para o atendimento de demandas futuras. A ênfase é dada na caracterização do problema em situações reais, na modelagem matemática do problema e na solução do mesmo utilizando técnicas de pesquisa operacional, envolvendo ainda a utilização de heurísticas e metaheurísticas para solução, como o GRASP, o simulated annealing e a colônia de formigas. O objetivo é definir a alocação dinâmica e necessidades de frota que minimizem o custo operacional no atendimento a demandas por serviços. A principal motivação para o desenvolvimento do trabalho é a possibilidade de aplicação prática, no desenvolvimento de modelos de programação linear inteira e métodos exatos e heurísticos para as suas soluções, visando a validação prática das abordagens em um ambiente real de operação de uma empresa transportadora no Brasil.