Avaliação numérico-experimental de impacto em estruturas de ônibus utilizando similaridade

Abstract

O comportamento de estruturas mecânicas submetidas à impacto é um tema de grande relev ância e uma de suas aplicações é no âmbito da colisão de veículos. No caso especí co de ônibus, para que sejam homologadas, suas estruturas devem atender aos requisitos exigidos por normas regulamentadoras em vigência. Estas normas propõem, basicamente, em impactar a região dianteira do veículo com uma massa xada em um pêndulo. Estes testes são onerosos, pois exigem a fabricação de parte da estrutura do veículo, e exigem adequado aparato de segurança durante a execução dos mesmos. Neste contexto, aplicaram-se os conceitos de similaridade no ensaio de impacto frontal descrito pelas normas em vigência. Nessa técnica, uma estrutura em escala (modelo) é utilizada para inferir o comportamento de uma estrutura em tamanho real (protótipo). Este modelo pode ser em escala ampliada ou reduzida, esta última foi a condição utilizada no presente trabalho. As principais vantagens do uso das técnicas de similaridade com modelo em escala reduzida são o menor custo e tempo de fabricação do mesmo em comparação com o protótipo, tanto em matéria prima quanto em mão de obra. Mas nem sempre os parâmetros que vinculam o modelo e o protótipo podem respeitar as escalas proposta, nesse caso metodologias chamadas em seu conjunto de similaridade imperfeita ou distorcida podem ser aplicadas. No presente trabalho, procedimentos numéricos e experimentais foram utilizados em duas aplicações simples e uma na qual o teste de um ensaio do pêndulo sobre uma estrutura de ônibus é simulada. Os resultados dos testes experimentais foram, em parte obtidos da bibliogra a, e outros resultados proveem de ensaios originais. Os modelos numéricos simulados foram desenvolvidos num software comercial de elementos nitos utilizando um esquema explí- cito de integração no tempo. Finalmente são apresentadas conclusões sobre o trabalho aqui apresentado e ideias de como proceder para sua continuação.

The behaviour of mechanical structures when subjected to impact loading is a matter of great relevance and one its applications is in terms of vehicle collision. When this vehicle is a bus, to homologate it, its structure should be approved according to prerequisites established by current regulatory standards. These standards consists in de ne the requirements to manufacture a bus part named structural modulus and the procedure to test it. This kind of test is often expensive and the safety apparatus required during its execution must be adequate. In this context the similarity concepts were applied in a simple component and in a structural modulus, according to current regulatory standards. By using this technique a scale structure (model) is used to get the behaviour of the real structure (prototype). The model can be bigger or smaller than the prototype, the latter was the condition used in the present study. The main advantages of using the similarity concepts in a reduced scale model are the smaller cost and shorter time to manufacture it when in comparing with the prototype in terms of raw materials and manpower. But the parameters that link the model and the prototype cannot always respect the proposed scales, in this case methodologies called in their set of imperfect or distorted similarity can be applied. In the present work, numerical and experimental procedures were used in two simple applications and one in which the test of a pendulum test on a bus structure is simulated. The results of the experimental tests were, in part, obtained from the bibliography, and other results come from original tests. The simulated numerical models were developed in a nite element commercial software, using an explained time integration scheme. Finally, conclusions are presented on the work presented here and ideas on how to proceed with its continuation.