Modelagem dinâmica de viaturas blindadas e avaliação relativa à vibração de corpo inteiro, níveis de transmissibilidade e vibração de impacto na coluna vertebral

Abstract

A vibração é um agente dinâmico que pode trazer problemas relacionados à saúde e ao conforto, quando recebida pelo corpo humano. Diversas são as situações onde se pode estar exposto à vibração e, particularmente em veículos, ela se faz presente de forma evidente. Avaliar os níveis de vibração e grau de risco à exposição, nestes casos, é importante principalmente quando as atividades envolvidas são de longa duração. Esta dissertação apresenta um estudo sobre os níveis de vibração de corpo inteiro (VCI) com relação à saúde e conforto, transmissibilidade de vibração (SEAT) e vibração de impacto na coluna vertebral (fator R e 𝑆𝑒𝑑), em três Viaturas Blindadas do Exército Brasileiro: Leopard I A5BR, Guarani e Urutu. Juntamente às medições in situ, foram desenvolvidos modelos numéricos de suspensão veicular, para cada uma das viaturas militares analisadas, com múltiplos graus de liberdade, onde empregou-se o método de Newmark para a análise no domínio do tempo. Inicialmente, no modelamento dinâmico, simulações em teste padrão com obstáculo trapezoidal e rugosidade de pista classe B da ISO 8608 (1995) foram executadas sob mesmas condições de velocidade. Foram comparadas as acelerações no CG do veículo assim como nos bancos dos passageiros e motoristas, as forças de reação no solo e espaço de trabalho da suspensão para todos os blindados, chegando-se à conclusão de que há uma gradação referente ao nível de conforto e saúde dos veículos estudados nestas condições. Posteriormente, os níveis de vibração foram medidos experimentalmente em campo, em circuitos compostos por diversos tipos de pisos chegando-se, por exemplo, a valores de SEAT na viatura blindada de combate Leopard que indicam um aumento da vibração transmitida do piso para o assento na direção vertical. Na avaliação de VCI para saúde (ISO 2631-1/1997), os testes feitos para o blindado de transporte de pessoal Urutu e Guarani demonstram um nível aceitável de exposição à vibração, fato não observado para o Leopard, o qual apresenta classificação quanto a conforto de “muito a extremamente desconfortável” em terreno natural. Já na avaliação da vibração impacto na coluna vertebral, para piso de concreto, indicou a tensão 𝑆𝑒𝑑 com uma baixa probabilidade de efeitos adversos numa vida de exposição e que o fator de segurança das tensões R apresenta moderada probabilidade de efeitos adversos em 35 anos de exposição. Entretanto, quando em terreno natural, apresentou uma alta probabilidade de efeitos adversos tanto para R quanto para 𝑆𝑒𝑑.

Vibration is a dynamic agent that can bring problems related to health and comfort when received by the human body. There are several situations where one can be exposed to vibration and, particularly in vehicles, it is evident. Assessing the levels of vibration and degree of exposure risk in these cases is important especially when the activities involved are long term. This dissertation presents a study on the levels of whole body vibration (WBV) in relation to health and comfort, vibration transmissibility (SEAT) and impact vibration in the spine (R factor and 𝑆𝑒𝑑), in three Armored Vehicles of the Brazilian Army: Leopard I A5BR, Guarani and Urutu. Together with the in situ measurements, numerical models of vehicle suspension were developed for each of the military vehicles analyzed, with multiple degrees of freedom, where the Newmark method was used for the time domain analysis. Initially, in dynamic modeling, trapezoidal obstacle pattern simulations and ISO 8608 (1995) class B runway roughness were performed under the same speed conditions. The accelerations in the GC of the vehicle were compared as well as in the seats of the passengers and drivers, the reaction forces in the ground and the suspension workspace for all armored vehicles, concluding that there is a gradation of the comfort and health level of the vehicles studied under these conditions. Subsequently, the vibration levels were measured in the field in roads composed by several types of terrains. For example, SEAT values in the armored combat vehicle Leopard indicate an increase of the vibration transmitted from the floor to the seat in the vertical direction. In the assessment of WBV for health (ISO 2631-1/1997), the tests performed with the personnel transport vehicle’s Urutu and Guarani, on ordinary terrain, demonstrate an acceptable level of vibration that was not observed in Leopard vehicle, which was classified as "very to extremely uncomfortable". The evaluation of vibration impact in the spine on concrete floor roads indicated the 𝑆𝑒𝑑 tension with a low probability of adverse effects in a lifetime of exposure and that the safety factor of the R tension presents moderate likelihood of adverse effects in 35 years of exposure. However, for ordinary terrain roads, it presented a high probability of adverse effects indicated by the factors R and 𝑆𝑒𝑑.