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http://hdl.handle.net/1843/46046
Full metadata record
DC Field | Value | Language |
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dc.contributor.advisor1 | Hermes Carvalho | pt_BR |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7254461558501100 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Diogo Rodrigo Ferreira Ribeiro | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co2 | Pedro Aires Moreira Montenegro Marques e Almeida | pt_BR |
dc.contributor.referee1 | Rui Artur Bartolo Calçada | pt_BR |
dc.contributor.referee2 | Túlio Nogueira Bittencourt | pt_BR |
dc.contributor.referee3 | Rodrigo Barreto Caldas | pt_BR |
dc.creator | Cássio Scarpelli Cabral de Bragança | pt_BR |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/7492526027372709 | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2022-10-06T15:44:33Z | - |
dc.date.available | 2022-10-06T15:44:33Z | - |
dc.date.issued | 2022-06-01 | - |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/1843/46046 | - |
dc.description.abstract | With the advancement of rail freight in the world and the consequent increase in speed and load transported by compositions, problems associated with the dynamics of rail vehicles have become increasingly frequent, requiring increasingly accurate methods to evaluate their effects. Therefore, this work presents an efficient methodology for the calibration and validation of a numerical model of a freight wagon using an iterative methodology, through a genetic algorithm and based on modal parameters experimentally identified in a dynamic test under real operating conditions. The dynamic tests involved the use of an onboard monitoring system, composed of a set of accelerometers and linear variable displacement transducers (LVDT's). The number and location of the sensors was severely conditioned by the space occupied by the transported load, as well as by restrictions associated with the loading and unloading of the wagon, thus, no interference with the vehicle operation was created. The data derived from the dynamic test were used, first, to identify the modal parameters of the carbody, that is, the natural frequencies, forms of vibration and damping coefficients, and second, to extract the time histories of accelerations and displacements in conditions of operation. The identification of dynamic properties was made through the application of operational modal analysis techniques to the data collected during vehicle circulation. The decision to adopt a minimalist experimental setup, which would not impact vehicle operation, resulted in extra difficulties for modal identification. However, even under unfavorable conditions, the first three rigid body modes of the carbody were identified, which served as the basis for model calibration. A simplified numerical finite element model of the freight wagon was developed and calibrated using an iterative methodology through a genetic algorithm and based on the identified modal parameters, which was implemented with the interaction between MATLAB® and ANSYS® software. As with modal identification, the limited experimental information imposed some extra difficulties on the calibration process, especially regarding the pairing between numerical and experimental modes. Even with these limitations, the methodology applied proved to be effective and robust in accurately estimating three numerical parameters, in addition to providing significant improvements in relation to the numerical model before calibration These improvements were confirmed by the reduction from 8.71 % to 0.03 % of the average percentage difference between numerical and experimental natural frequencies. Finally, the dynamic response of the model was validated by means of a direct comparison between numerically simulated results, based on a dynamic vehicle track interaction analysis, and experimentally collected time history responses. Comparisons were made with the model before and after the calibration, through which excellent agreement was obtained between the experimental and numerical time series after the calibration of the model. Thus, it was concluded that the calibration process was able to significantly improve the numerical model. | pt_BR |
dc.description.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 e 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. | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Minas Gerais | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.department | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFMG | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Vagão de carga | pt_BR |
dc.subject | Ensaios dinâmicos | pt_BR |
dc.subject | Otimização de modelos numéricos | pt_BR |
dc.subject | Algoritmos genéticos | pt_BR |
dc.subject | Interação veículo-via | pt_BR |
dc.subject | Validação experimental | pt_BR |
dc.subject.other | Engenharia de estruturas | pt_BR |
dc.subject.other | Transporte de materiais | pt_BR |
dc.subject.other | Algoritmos genéticos | pt_BR |
dc.title | Calibração e validação experimental do modelo numérico de um vagão de carga em condições operacionais | pt_BR |
dc.title.alternative | Experimental calibration and validation of the numerical model of a freight wagon under operating conditions | pt_BR |
dc.type | Dissertação | pt_BR |
dc.identifier.orcid | https://orcid.org/ 0000-0003-2304-6127 | pt_BR |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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