Multibody system dynamics applied to guided vehicles.

A proposição desta tese consiste na aplicação da técnica de Sistemas Multicorpos, na dinâmica de veículos guiados em trajetória variável. Foi apresentada uma visão geral do formalismo matemático, baseado nos métodos de Lagrange e Kane, utilizados nos programas de multicorpos, para geração automática das equações de movimento. A teoria de mecânica de contato, fundamental para o cálculo das forças de contato, entre o veículo e a guia, foi exposta detalhadamente. Sua validação, foi realizada, através de ensaios de laboratório, realizados no INRETS (França). A técnica de modelagem de Sistemas Multicorpos, foi aplicada, na previsão do comportamento dinâmico de veículos guiados. Neste sentido, a elaboração do modelo, através da descrição topológica, obtenção das equações de movimentos, análise e simulação do comportamento, foram realizadas. Foram selecionados na literatura internacional, os estudos de caso propostos pela International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD), para avaliação de veículos guiados. Foram modelados, o rodeiro ferroviário, submetido a força lateral, truque trafegando por um desvio e um veículo completo inscrevendo uma curva. O veículo modelado com 35 graus de liberdade, produziu mais de 1100 equações algébrico/diferenciais (DAE). As simulações do comportamento dinâmico dos sistemas, foram realizadas e os resultados apresentados em gráficos temporais. Os modos de movimento foram quantificados, através da analise modal, realizada no sistema linearização em torno de um ponto de operação. Os valores obtidos, foram comparados com números publicados e algumas discrepâncias, foram encontradas e justificadas. Pode-se observar nitidamente, o movimento de lacet, a partir dos auto-vetores complexos da matriz dinâmica do sistema. De forma geral, os resultados obtidos tanto na análise temporal, como no domínio da freqüência, apresentaram boa concordância, com os resultados publicados por outros autores. Estes resultados encorajadores, promovem a confiança na aplicação da técnica de Multicorpos em veículos guiados, sendo estímulo, para aplicação no desenvolvimento de novos projetos.The subject of this thesis is the application of multibody system modelling techniques for dynamic behaviour investigation on guided vehicle on variable track trajectories. Analysis of existing techniques for generating vehicle motion equations, using multibody systems (MBS), is also carried out. Rolling contact theory, fundamental for vehicle/track forces calculations, are extensively reviewed. Validation have been carried out with laboratorial experiments. Multibody system modelling techniques have been used to predict, guided vehicle behaviour. Topological model description, have been used to generate equation of motion for simulation purposes. It has been chosen the railway vehicle, proposed by the International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD), as evaluation benchmark. The solution of wheelset benchmark proposition is presented. A two wheelset bogie model in a deviation, is also solved. A complete railway vehicle, with 35 degrees of freedom model, producing more than 1100 differential/algebraic equations (DAE), is performed and analysed. Time result simulation have been presented. Modal analysis have been performed around an operation point. Results have been compare with numbers published and discrepancy founded have been justified. Hunting movement have been obtained with the complex eigen-vector from system dynamic matrix. In general, results obtained from time and frequency domain, agreed with available results published from other authors. This encouraging results, promote credibility to Multibody System technique application to guided vehicle, stimulating new developing applications