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Dissertações de Mestrado

Data: 01/06/2022 - Horário: 8:00
Local: ONLINE
Aluno: Cássio Scarpelli Cabral de Bragança Currículo Lattes
Orientador(a): Hermes Carvalho
Co-Orientador(a): Diogo Rodrigo Ferreira Ribeiro
Título: Calibração e Validação do Modelo Numérico de um Trem de Carga Sob Condições Operacionais
Banca:
Prof. Dr. Hermes Carvalho (DEES - UFMG)
Prof. Dr. Diogo Rodrigo Ferreira Ribeiro - Coorientador (Universidade do Porto)
Prof. Dr. Túlio Nogueira Bittencourt (USP - SP)
Prof. Dr. Rui Artur Bartolo Calçada (Universidade do Porto)
Prof. Dr. Pedro Aires Moreira Montenegro (Universidade do Porto)
Prof. Dr. Rodrigo Barreto Caldas (DEES - UFMG)
Suplente: Profa. Dra. Ana Lydia Reis de Castro e Silva (DEES-UFMG)
Suplente: Prof. Dr. Ricardo Hallal Fakury (DEES - UFMG)


Resumo:

Com o avanço do transporte ferroviário de cargas no mundo e consequente aumento da velocidade e carga transportada pelas composições, problemas associados à dinâmica de veículos ferroviários têm se tornado cada vez mais frequentes exigindo métodos cada vez mais precisos para avaliar seus efeitos. Diante disso, este trabalho apresenta uma metodologia eficiente para a calibração e validação de um modelo numérico de um vagão de carga utilizando uma metodologia iterativa, por meio de um algoritmo genético e baseada em parâmetros modais identificados experimentalmente em um teste dinâmico em condições reais de operação. Os testes dinâmicos basearam-se num sistema de monitoramento embarcado no veículo, composto por um conjunto de acelerômetros e transdutor de deslocamento variável linear LVDT's. O número e localização dos sensores foi severamente condicionado pelo espaço ocupado pela carga transportada, bem como por restrições associadas ao carregamento e descarregamento do vagão, sendo assim, não foi criada nenhuma interferência com a operação do veículo. Os dados derivados do teste dinâmico foram usados, primeiro, para a identificação dos parâmetros modais da carroceria, ou seja, as frequências naturais, modos e coeficientes de amortecimento, e segundo, para extrair os históricos de tempo de acelerações e deslocamentos em condições de operação. A identificação das propriedades dinâmicas foi feita por meio da aplicação de técnicas de análise modal operacional aos dados coletados durante a circulação do veículo. A decisão de adotar-se uma configuração experimental minimalista, que não gerasse impactos à operação do veículo, resultou em dificuldades adicionais para a identificação modal. Entretanto, mesmo sob condições não favoráveis, foram identificados os três primeiros modos de corpo rígido da carroceria que serviram de base para a calibração do modelo. Um modelo numérico simplificado de elementos finitos do vagão de carga foi desenvolvido e calibrado usando uma metodologia iterativa por meio de um algoritmo genético baseada nos parâmetros modais identificados experimentalmente, a qual foi implementada por meio da interação entre os softwares MATLAB e ANSYS. Assim como na identificação modal, a informação experimental limitada impôs algumas dificuldades extras ao processo de calibração, em especial com relação ao pareamento entre modos numéricos e experimentais. Mesmo com essas limitações, a metodologia aplicada provou ser eficaz e robusta ao estimar com precisão três parâmetros numéricos, além de propiciar melhoras significativas em relação ao modelo numérico antes da calibração, comprovado pela redução de 8,71 % para 0,03 % da diferença percentual média entre frequências naturais numéricas e experimentais. Por fim, a resposta dinâmica do modelo foi validada por meio da comparação direta entre resultados simulados numericamente, com base em uma análise de interação dinâmica veículo-via, e coletados experimentalmente. Foram feitas comparações com o modelo antes a após a calibração, por meio das quais obteve-se excelente concordância entre as séries temporais experimentais e numéricas após a calibração do modelo. Com isso, concluiu-se que o processo de calibração foi capaz de melhorar significativamente o modelo numérico proposto.

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