Atravessar estradas esburacadas a baixas velocidades é perigoso para a estrutura do veículo
Um estudo publicado esta semana no periódico Simulation Modelling Practice and Theory (1) e realizado por pesquisadores da Universidade de Tecnologia Sharif, Irã, Universidade de Cranfield, Reino Unido, e Universidade RUDN, Rússia, descreveu, via modelos de simulação computacional, todos os tipos de danos em um automóvel de porte médio causados por falha de fatiga durante manobras padrões de direção. De acordo com as simulações computacionais, baixas velocidades ao passar sobre estradas esburacadas (cheias de elevações/depressões) pode ser mais danoso para a estrutura "corporal" do automóvel do que velocidades moderadas.
Devido aos diferentes estados das estradas - maior ou menor presença de relevos e buracos - os veículos estão sempre submetidos a cargas com natureza tempo-variante. Essas cargas induzem danos a diferentes partes do veículo e o acumulado de danos leva à iniciação de rachaduras e de falhas das partes ou juntas (ex.: pontos de solda). A estrutura corporal do veículo (carcaça) é uma das mais importantes partes veiculares já que é a principal parte de suporte às cargas. Portanto, a resistência à fatiga e durabilidade dessa parte do veículo possuem grande importância na indústria automotiva. Falha de alguns pontos de solda e juntas na estrutura corporal do veículo pode causar barulhos e vibrações incômodas dentro do carro e também levar à degradação da capacidade do veículo de proteger os seus ocupantes durante um impacto (crashworthiness).
Em específico, um carro em uma estrada esburacada - caracterizada por uma série de relevos e depressões - está submetido a diferentes dinâmicas de cargas que causam falha de fatiga. Estresse cíclico leva à formação de micro-rachaduras, e após algum tempo, pontos de solda nas juntas (pontos de conexão nos quais duas placas são seguradas juntas) falham. Apesar do nível de resistência à fatiga poder ser medido experimentalmente, tal feito requer muitos suprimentos descartáveis e um local de teste com equipamento especial.
Nesse sentido, no novo estudo, os pesquisadores criaram um modelo matemático descrevendo todos os possíveis danos nos pontos de solda associados às juntas causados por falha de fatiga, evitando a necessidade de custosos e demorados experimentos práticos. Para o desenvolvimento desse modelo teórico, os cientistas utilizaram o assim chamado método dinâmico multicorporal, o qual descreve interações dentro de um sistema de detalhes que se movem em relação a outros. Em seguida, os pesquisadores criaram uma simulação computacional na qual o 'carro' se movia em diferentes tipos de estradas a diferentes velocidades. Por exemplo, estrada do tipo B era quase perfeitamente lisa, sem elevações e o modelo se movia a velocidades de 50, 70 e 90 km/h. O tipo E era a mais esburacada de todas, nas quais as velocidades testadas foram de apenas 5, 10 e 15 km/h.
Com quatro tipos de estradas e 3 diferentes velocidades em cada uma delas, os pesquisadores conduziram 12 experimentos no total. Foram medidos força e momento em 12 pontos de ligação da suspensão, ou seja, nos pontos onde a suspensão transmite a carga ao corpo do veículo. Cada um desses 12 pontos foram afetados por 6 diferentes componentes de força e de momento, resultando em 72 valores que tinham que ser calculados para cada experimento.
Os resultados do estudo mostraram que baixas velocidades em estradas esburacadas podem causar mais danos ao corpo do veículo do que as velocidades médias-altas. Por exemplo, 100 pontos de solda nas juntas foram danificados quando o modelo veicular nas simulações se moveu na estrada do tipo E na velocidade de 5 km/h; 50 em velocidade de 15 km/h; e apenas 40 na velocidade de 10 km/h (como mostrado na figura abaixo).
A primeira fonte de dano nesse cenário é causada pelo movimento das rodas: quando o veículo passa pelos buracos ou outras elevações/depressões nas estradas, suas rodas vão para cima e para baixo e transferem forças e momentos para o sistema de suspensão e a estrutura corporal. Quanto mais rápido o veículo atravessa essas áreas, maior é o dano ao corpo do veículo. Isso é porque mesmo elevações de pequena amplitude agem de forma similar a uma carga de impacto sobre a estrutura corporal e a severidade do dano é aumentada a maiores velocidades. Quando a amplitude das elevações é aumentada, veículos a alta velocidade pulam quando passam tais obstáculos e, como resultado, eles podem passar algumas elevações sem levar muito dano. Já em velocidades baixas, o veículo acaba atravessando um número muito maior de elevações e depressões.
Quando a velocidade é aumentada ainda mais (velocidade muito alta) nas estradas esburacadas, os resultados da simulação provaram que o número de falhas nos pontos de solda eram aumentados mesmo com o fato do veículo estar pulando e evitando mais irregularidades do que antes. Isso pode ser atribuído ao segundo tipo de dano, o qual é causado durante a queda do veículo. O pulo de um carro é sempre seguido por uma queda, e o veículo pode acidentalmente cair ou colidir com as elevações de alta amplitude na superfície da estrada. Se isso acontece a altas velocidades, o dano induzido será muito mais severo. No geral, eles concluíram que:
- Para estradas lisas, o dano ao corpo do veículo é proporcional à velocidade do veículo.
- Para estradas esburacadas, baixas velocidades podem causar mais dano ao veículo do que velocidades médias.
- Velocidades muito altas em estradas esburacadas podem ser tão detrimentosas quanto as baixas velocidades.
Além desses achados, as simulações mostraram que a parte da frente da estrutura corporal do veículo é duas vezes mais suscetível a danos do que a parte traseira, independentemente da velocidade e do tipo da estrada. Os pesquisadores também encontraram que a durabilidade do corpo do veículo pode ser afetada pelo diâmetro associado aos pontos de soldagem das juntas: quanto maior esse diâmetro, menor a durabilidade e o tempo de serviço da estrutura corporal. Variações no diâmetro resultaram em mudanças de até 100% nos valores gerados nas simulações.
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(1) Publicação do estudo: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1569190X20301076
Reviewed by Saber Atualizado
on
novembro 14, 2020
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