Metodologia híbrida experimental-numérica de análise do comportamento estrutural de chassis de veículos comerciais

Abstract

Este trabalho propõe uma metodologia híbrida experimental-numérica para a análise estrutural de chassis de veículos comerciais. A característica híbrida do método proposto se dá pela utilização de ensaios experimentais para calibrar e validar modelos numéricos. O diferencial em relação a outros trabalhos está na realização dos ensaios experimentais apenas nos pontos de maior incerteza do chassi. A metodologia foi aplicada a um veículo comercial de 8500 kg de peso bruto total. O método de elementos finitos foi utilizado para resolver o modelo numérico do veículo, o qual foi construído em elementos de viga. Seguindo indicações da literatura, foram utilizados elementos de viga com sete graus de liberdade; três deslocamentos, três rotações e o empenamento (warping). As dimensões e as características técnicas do veículo foram obtidas junto à empresa fabricante, que colaborou com este trabalho. Os resultados numéricos foram comparados com medições experimentais das deformações no chassi com o veículo em condições críticas de uso. A comparação foi feita a partir de espectros de densidade de potência das deformações experimentais e das calculadas numericamente. Pôde-se observar que os espectros experimentais e numéricos obtidos foram semelhantes em amplitude, porém diferentes na forma. Acredita-se que esta diferença se deva a falta de um detalhamento maior, no modelo numérico, dos componentes do veículo ligados ao chassi. Na confecção do modelo alguns componentes foram desconsiderados e outros não foram perfeitamente modelados. No entanto, os resultados obtidos foram considerados satisfatórios para um trabalho acadêmico e tem-se a certeza de que eles poderiam ser melhorados com um refinamento do método. This work proposes a hybrid experimental-numeric methodology, aiming to the structural analysis on commercial vehicles. The hybrid pattern is given by the use of experimental tests to calibrate and validate numeric models. When compared with the existing bibliography, the main difference of this work is the use of dynamic experimental tests to calibrate very specific points of doubt on the numeric (computational) model. The methodology was applied to a commercial vehicle with 8500 kg total weight. The Finite Element Method (FEM) was applied to solve the numeric model of the vehicle, built on beam elements with seven degrees of freedom (three translations, three rotations and the warping). The manufacturer gave the dimensions and all the technical information of the vehicle. The numerical results were compared with experimental strain measures of the vehicle's chassis under critical conditions of use. The experimental and the numerical results were compared using Power Spectrum Density (PSD) graphs. The curves showed similar amplitudes but a different shape. It is believed that these differences are due to the roughness of the model, mainly the support components of the vehicle as the engine, gearbox, cabin, etc. Some minor components were simply not included in the whole model and the others were not well refined. However, the final results achieved were considered satisfactory for an academic work. It is strongly believed that better results could be achieved with a more developed method and model.