Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-11-10T13:48:13Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rômulo Muriel Mesquita de Oliveira - 2015.pdf: 7641184 bytes, checksum: b650ba6efa2c0aba74125271f293ebcc (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-11-10T17:42:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rômulo Muriel Mesquita de Oliveira - 2015.pdf: 7641184 bytes, checksum: b650ba6efa2c0aba74125271f293ebcc (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-10T17:42:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rômulo Muriel Mesquita de Oliveira - 2015.pdf: 7641184 bytes, checksum: b650ba6efa2c0aba74125271f293ebcc (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / The increasing number of accidents on roads and highways around the world is causing concern in many government agencies. Because of that, actions have been proposed to eradicate this reality, which claims the lives of millions annually. Within the different types of traffic accidents occurring, one specific has gained space in the media, which involves the door of a vehicle, improperly opened, causing collision with a cyclist, motorcyclist or other vehicle. The law states to be responsible for the accident the one who opened the door without taking proper precautions, however, due to physical and emotional factors that disturb each day more the society, lives in traffic can?t be under the responsibility of a person. Many assistive technologies that helps in decision making or even contributing to road safety, have been submitted to the automotive market, which once included in vehicles would save the lives of thousands. Aware of this, this paper proposes a technology that, through low cost ultrasonic sensor detects possibility of collision on the side of the vehicle and sends alerts to the driver so he or she does not open the door during the moment of risk. For development of this security system was necessary to define which ultrasonic sensor to use, to prepare the case for the hardware accommodation, to build the computer program, to analyze the positioning of the system in the vehicle and to execute experimental tests to validate the ADS (Avoiding Doored System), name given to the collision avoidance system / A elevação do número de acidentes em estradas e rodovias ao redor do mundo vem causando preocupação em muitos órgãos governamentais. Em função disso, ações vêm sendo propostas para erradicação dessa realidade, que tira a vida de milhões anualmente. Dentro os vários tipos de acidentes que ocorrem no trânsito, um muito específico vem ganhando espaço na mídia, aquele envolvendo a porta de um veículo, aberta indevidamente, causando colisão com um ciclista, motociclista ou mesmo outro veículo. A legislação determina ser responsável pelo acidente àquele que abriu a porta sem tomar as devidas precauções, no entanto, devido a fatores físicos e emocionais, que perturbam cada dia mais a sociedade, deixar vidas no trânsito sob responsabilidade de terceiros não é uma escolha prudente. Inúmeras tecnologias assistivas, que auxiliam na tomada de decisão ou mesmo que contribuem para segurança no trânsito, vêm sendo apresentadas ao mercado automobilístico, as quais, uma vez inclusa nos veículos, pouparia a vida de milhares. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma proposta de tecnologia que, por meio de sensor ultrassônico de baixo custo, detecta possibilidade de colisão na lateral do veículo devido à abertura da porta e emite alerta ao condutor, de forma que este não abra a porta durante o instante de risco. Para tanto, foi necessário desenvolver um sistema de mapeamento do campo de atuação do sensor, de modo que fosse possível determinar o mais adequado para o desenvolvimento do sistema. Além disso, foi projetado e construído um “case” para acomodação dos periféricos do sistema, desenvolvido o software de controle do sistema e posteriormente foi analisado o posicionamento do sistema no veículo e aplicação de testes experimentais para avaliação funcional do ADS (Avoiding Doored System), assim nomeado o sistema que evita colisões por abertura da porta.

Hat sections, single and double, made of steel are frequently encountered in automotive body structural components such as front rails, B-Pillar, and rockers of unitized-body cars. These thin-walled components can play a significant role in terms of crashworthiness and impact energy absorption, through a nonlinear phenomenon called as progressive dynamic buckling. As modern vehicle safety design relies heavily on computer-aided engineering, there is a great need for analysis-based predictions to yield close correlation with test results. Although hat sections subjected to axial loading have been studied widely in the past, there is scanty information in published literature on modeling procedures that can lead to robust prediction of test responses. In the current study, both single-hat and double-hat components made of mild steel are studied extensively experimentally and numerically to quantify statistical variations in test responses such as peak load, mean load and energy absorption, and formulate modeling conditions for capturing elasto-plastic material behavior, strain rate sensitivity, spot-welds, etc. that can lead to robust predictions of force-time and force-displacement histories as well as failure modes. In addition, keeping initial stages of vehicle design in mind, the effectiveness of soft computing techniques based on polynomial regression analysis, radial basis functions and artificial neural networks for quick assessment of the behaviors of steel hat sections has been demonstrated. The study is extended to double-hat sections subjected to eccentric impact loading which has not been previously reported. A lightweight enhancement of load carrying capacity of steel hat section components has been investigated with PU (polyurethane) foam-filled single and double hat sections, and subjecting the same to quasi-static and axial impact loading. Good predictions of load-displacement responses are again obtained and shortening of fold lengths vis-à-vis hollow sections is observed. Finally, the performance of hat sections made of glass fiber-reinforced composites is studied as a potential lightweight substitute to steel hat section components. The challenging task of numerical prediction of the behaviors of the composite hat sections has been undertaken using a consistent modeling and analysis procedure described earlier and by choosing an appropriate constitutive behavior available in the popular explicit contact-impact analysis solver, LS-DYNA.

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O trabalho tem por objetivo desenvolver um veículo com massa inferior a 500 kg e que atenda aos requisitos estruturais e biomecânicos conforme regulamentações das Nações Unidas referentes a segurança dos ocupantes, para tal serão aplicadas metodologias de otimização usando metamodelos, que são modelos substitutos aos modelos em elementos finitos. O trabalho apresenta o desenvolvimento de um veículo completo para dois ocupantes, o mesmo é conceitual pois é mais curto e estreito se comparado a um veículo convencional, propiciando a redução do espaço ocupado em centros urbanos. Por meio de simulação numérica computacional será avaliada a capacidade da estrutura em proteger os ocupantes, bem como serão utilizados manequins virtuais para obter as respostas do corpo humano aos diferentes eventos de colisão veicular. São apresentadas técnicas para criação dos metamodelos e definida a melhor aproximação que foi aplicada no processo otimização da estrutura do veículo, objetivando atingir a menor massa possível. Além disto, o veículo precisa cumprir aos requisitos de proteção dos ocupantes em casos de impacto frontal, lateral e traseiro. Também serão avaliadas as respostas biomecânicas dos ocupantes, respostas do corpo humano a forças internas e externas, em impactos veiculares não regulamentados pelas Nações Unidas, mas são procedimentos de teste empregados para avaliar e comparar os resultados entre diferentes veículos. O estudo é inovador pois na formulação dos problemas de otimização são utilizadas funções objetivo e restrições tanto estruturais quanto biomecânicas. O veículo projetado servirá de base para o desenvolvimento de futuros estudos em diferentes áreas e disciplinas da Universidade, podendo ser utilizado na definição, aplicação e validação de novos conceitos. Finalmente, por meio da otimização numérica computacional baseada em metamodelos, demonstra-se que o veículo pode ser melhorado, satisfazendo os requisitos estabelecido e promovendo redução no tempo e no custo de desenvolvimento de um novo veículo. / The work aims to develop a vehicle with mass less than 500 kg and it meets the structural and biomechanical requirements according to the United Nations regulations regarding the occupant protection. To achieve these goals will be applied optimization processes based on metamodels that are surrogate models for finite elements models. The work presents the development of a conceptual full vehicle for two occupants, it is shorter and narrower compared to a conventional vehicle, allowing the reduction of occupied space in urban centers. Through computational numerical simulation will evaluate the ability of the structure to protect the occupants and will be used virtual mannequins to assess the human body responses to different types of vehicular collisions. Techniques to create metamodels will be presented and setting the best approximation that was applied to the optimization process of the vehicle structure with the objective to obtain the lowest possible mass. Furthermore, the vehicle must meet the occupants\' protection requirements in events of frontal, lateral and rear impact. Also, it will be evaluated the occupants\' biomechanical responses in case of vehicular impacts not regulated by United Nations. However, these test procedures are applied to assess and comparing results among different vehicles. The study herein developed presents significant contributions since in the optimization problems are used both structural and biomechanical responses as objective and constraint functions. The vehicle designed will be a basis for the development of future studies in different areas and disciplines of the University. It will be used in the definition, implementation and validation of new concepts. Finally, it is shown that the application of numerical optimization based on metamodels is an effective process to improve the vehicle performance by meeting the requirements and promoting a reduction in time and cost of developing.

O trabalho tem por objetivo desenvolver um veículo com massa inferior a 500 kg e que atenda aos requisitos estruturais e biomecânicos conforme regulamentações das Nações Unidas referentes a segurança dos ocupantes, para tal serão aplicadas metodologias de otimização usando metamodelos, que são modelos substitutos aos modelos em elementos finitos. O trabalho apresenta o desenvolvimento de um veículo completo para dois ocupantes, o mesmo é conceitual pois é mais curto e estreito se comparado a um veículo convencional, propiciando a redução do espaço ocupado em centros urbanos. Por meio de simulação numérica computacional será avaliada a capacidade da estrutura em proteger os ocupantes, bem como serão utilizados manequins virtuais para obter as respostas do corpo humano aos diferentes eventos de colisão veicular. São apresentadas técnicas para criação dos metamodelos e definida a melhor aproximação que foi aplicada no processo otimização da estrutura do veículo, objetivando atingir a menor massa possível. Além disto, o veículo precisa cumprir aos requisitos de proteção dos ocupantes em casos de impacto frontal, lateral e traseiro. Também serão avaliadas as respostas biomecânicas dos ocupantes, respostas do corpo humano a forças internas e externas, em impactos veiculares não regulamentados pelas Nações Unidas, mas são procedimentos de teste empregados para avaliar e comparar os resultados entre diferentes veículos. O estudo é inovador pois na formulação dos problemas de otimização são utilizadas funções objetivo e restrições tanto estruturais quanto biomecânicas. O veículo projetado servirá de base para o desenvolvimento de futuros estudos em diferentes áreas e disciplinas da Universidade, podendo ser utilizado na definição, aplicação e validação de novos conceitos. Finalmente, por meio da otimização numérica computacional baseada em metamodelos, demonstra-se que o veículo pode ser melhorado, satisfazendo os requisitos estabelecido e promovendo redução no tempo e no custo de desenvolvimento de um novo veículo. / The work aims to develop a vehicle with mass less than 500 kg and it meets the structural and biomechanical requirements according to the United Nations regulations regarding the occupant protection. To achieve these goals will be applied optimization processes based on metamodels that are surrogate models for finite elements models. The work presents the development of a conceptual full vehicle for two occupants, it is shorter and narrower compared to a conventional vehicle, allowing the reduction of occupied space in urban centers. Through computational numerical simulation will evaluate the ability of the structure to protect the occupants and will be used virtual mannequins to assess the human body responses to different types of vehicular collisions. Techniques to create metamodels will be presented and setting the best approximation that was applied to the optimization process of the vehicle structure with the objective to obtain the lowest possible mass. Furthermore, the vehicle must meet the occupants\' protection requirements in events of frontal, lateral and rear impact. Also, it will be evaluated the occupants\' biomechanical responses in case of vehicular impacts not regulated by United Nations. However, these test procedures are applied to assess and comparing results among different vehicles. The study herein developed presents significant contributions since in the optimization problems are used both structural and biomechanical responses as objective and constraint functions. The vehicle designed will be a basis for the development of future studies in different areas and disciplines of the University. It will be used in the definition, implementation and validation of new concepts. Finally, it is shown that the application of numerical optimization based on metamodels is an effective process to improve the vehicle performance by meeting the requirements and promoting a reduction in time and cost of developing.

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Für die Fahrzeugsicherheit und die Bewertung von Fahrzeugstrukturen spielt die Entwicklung von Crashtest-Dummys eine zentrale Rolle. Diese menschenähnlichen Puppen werden bei Crashtests eingesetzt, um die Auswirkungen von Kollisionen auf den Körper zu untersuchen. Der Stand des Wissens zeigt, dass aktuelle Crashtest-Dummys nach dem Prinzip der Ermittlung von physikalischen Belastungsgrößen arbeiten. Die komplexe Verletzungsentstehung infolge von Verkehrsunfällen lässt sich damit nicht vollständig darstellen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Konstruktion und Erprobung eines neuartigen Dummys mit biofidelen Eigenschaften zur Darstellung komplexer Verletzungen. Es wird ein Konzept entwickelt, mit dem Verletzungen durch Materialschäden direkt am Dummy dargestellt werden können. Die Konstruktion des biofidelen Dummys orientiert sich an der menschlichen Anatomie und Trauma-Biomechanik. Mit der Auswahl unterschiedlicher Werkstoffe wird ein Dummy gefertigt, der viele komplexe Verletzungen direkt darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der biofidele Dummy in Schlittenversuchen und Crashtests untersucht. Die erfolgreiche Validierung des biofidelen Dummys zeigt, dass es möglich ist, eine Korrelation zwischen Materialschäden am Dummy und menschlichen Verletzungen herzuleiten.