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Modelação de autocarros em elementos finitos · PDF fileAnsys -Código de elementos finitos. Cosmos -Código de elementos finitos. Fortran -Linguagem de programação que serve de

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  • Modelao de autocarros em elementos finitos

    Orientador na CaetanoBus:

    Orientador na FEUP: Prof. Paulo Tavares de Castro

    Co-orientador: Prof. Pedro Miguel Guimares Pires Moreira

    Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

    Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica

    Modelao de autocarros em elementos finitos

    Rui Pedro Vieira Garrido

    Relatrio do Projecto Final

    Orientador na CaetanoBus: Mrio Filipe Dias Fernandes

    Orientador na FEUP: Prof. Paulo Tavares de Castro

    orientador: Prof. Pedro Miguel Guimares Pires Moreira

    Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

    Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica

    Julho de 2010

    Modelao de autocarros em elementos finitos

    Mrio Filipe Dias Fernandes

    Orientador na FEUP: Prof. Paulo Tavares de Castro

    orientador: Prof. Pedro Miguel Guimares Pires Moreira

    Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

    Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica

  • Modelao de autocarros em elementos finitos

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    Resumo

    Este relatrio vem descrever o trabalho realizado na Empresa CaetanoBus, no mbito da Tese de Mestrado em Engenharia Mecnica.

    Este trabalho tem presente trs temas principais a estudar, desde logo um primeiro que consiste na validao do software Ansys por comparao com o StressLab.

    Um segundo tema presente, est ligado com o estudo de zonas de ligao entre perfis, onde estudada a possibilidade de incorporar mdulos slidos dessas zonas.

    O outro grande tema abordado a possibilidade de modelao de materiais compsitos do tipo sandwich, e a modelao de componentes estruturais com este tipo de materiais.

    Conclui-se que no possvel validar totalmente o software Ansys por comparao com o StressLab, devido ao modo exacto como o Ansys calcula as tenses. possvel incorporar no mesmo modelo beam, shell e solid, verificando-se que para chapas finas os elementos shell traduzem resultados parecidos com os elementos solid.

    O estudo da introduo de um tejadilho em sandwich, revelou uma melhoria estrutural do autocarro, no entanto este torna-se mais rgido.

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    Abstract

    The present report decribes the works done in the company CaetanoBus for the Master Degrees Thesys in mechanical engineering.

    There are presented three main themes, the first one is try to validate Ansys trough a comparative study with StressLab aplied to a bus structure.

    The second theme is about the possibility of incoorporate in the same model diferent kinds of elements as shell, beam and solid wich allows to study the connections of beam joints and more complex parts of a bus structure.

    The third and last theme is composed about the possibility of modelate buss roof in composite materials and test their benefits in the bus frame.

    The main conclusions are that is not possible to validate completly the software Ansys through the comparation with StressLab because of the high precision wich Ansys calculate the stresses. The study of the incorporation in the same model, beam shell and solid revealed a successfull way to study the connections between the beam joints and other complex geometries.

    The introduction of a buss roof built with a sandwich panel has revealed structural improvements.

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    Agradecimentos

    essencial referir e agradecer esta excelente oportunidade proporcionada pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e a CaetanoBus.

    A um nvel particular, pela ajuda essencial e contribuio directa para o sucesso deste trabalho, tenho que agradecer ao Prof. Paulo Tavares de Castro, Eng. Filipe Fernandes, Prof. Pedro Pires Moreira e ao Eng. Andr Ramos por todo o apoio a nvel tcnico e pessoal ao longo de todo o estgio.

    Agradeo tambm a todos os colaboradores do departamento de engenharia da CaetanoBus pelo acolhimento hospitaleiro.

    Resta-me agradecer minha famlia e amigos por todo o apoio durante a minha formao.

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    ndice de contedos

    Glossrio .......................................................................................................................... xi

    Abreviaturas................................................................................................................... xiii

    1 Introduo ..................................................................................................................... 1

    1.1 Apresentao da empresa CaetanoBus .............................................................. 1

    1.2 Insero e subordinao das responsabilidades ..................................................... 3

    1.3 Organizao e temas abordados no presente relatrio........................................... 4

    1.4 Breve referncia a estudos prvios e inovaes introduzidas com o trabalho exposto .......................................................................................................................... 6

    2 Validao do Software Ansys....................................................................................... 9

    2.1 Comparao dos modelos em termos de massa e CG ......................................... 10

    2.1.1 Resultados da massa e CG ............................................................................ 11

    2.2 Clculo das tenses e deslocamentos .................................................................. 13

    2.2.1 Definio do modelo de clculo ................................................................... 13

    2.2.2 Resultados obtidos ........................................................................................ 15

    2.2.3.2 Comparao da tenso de von Mises entre Ansys e StressLab ................. 19

    2.2.3.3 Comparao do deslocamento em Uz entre Ansys e StressLab ................ 21

    2.3 Justificao dos resultados .................................................................................. 22

    2.3.1 Anlise dos resultados por tipo de perfis ...................................................... 23

    2.3.2 Anlise de sub-mdulo representativo ......................................................... 25

    2.3.3 Anlise de resultados ..................................................................................... 26

    2.3.4 Verificao do modo de clculo das tenses ................................................ 27

    2.4 Discusso dos resultados ..................................................................................... 37

    3 Anlises locais ............................................................................................................ 43

    3.1 Objectivos das anlises locais.............................................................................. 43

    3.2 Anlise local da zona traseira .............................................................................. 44

    3.2.1 Resultados da simulao ............................................................................... 47

    3.2.3 Estudo da introduo de um reforo ............................................................. 49

    3.3 Introduo de um mdulo slido no Ansys ......................................................... 53

    3.3.1 Mdulo slido com elementos solid ............................................................. 54

    3.3.2 Mdulo slido com elementos shell ............................................................. 57

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    3.3.4 Comparao de resultados ............................................................................ 60

    3.4 Anlises locais modelao de peas complexas .................................................. 63

    3.4.1 Modelao da geometria em elementos solid ............................................... 64

    3.4.2 Modelao da geometria em elementos shell ............................................... 67

    4.4.3 Comparao de resultados ............................................................................ 70

    4 Modelao de componentes estruturais em sandwich ................................................ 75

    4.1 Introduo e objectivos ........................................................................................ 75

    4.2 Modelao da sandwich em Ansys ...................................................................... 75

    4.2.1 Estudo do elemento ...................................................................................... 78

    4.3 Simulao do tejadilho no Ansys ........................................................................ 85

    4.3.1 Comparao entre as duas solues construtivas ......................................... 87

    4.3.2 Estudo da variao da espessura da sandwich .............................................. 91

    5 Concluses e perspectivas de trabalho futuro.............................................................. 95

    Referncias e Bibliografia .............................................................................................. 97

    Anexo A: Macro para clculo de massa e CG ............................................................... 99

    Anexo B: Macro para clculo das tenses de von Mises ............................................ 103

    Anexo C: Mtodo de clculo das tenses para o