Actas del X Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica – CIBIM 10

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  Actas Actas del

  X Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica – CIBIM 10 Oporto, Portugal 4-7 septiembre 2011 Actas Ficha Técnica

  Titulo: Actas do X Congresso Ibero-americano em Engenharia Mecânica - CIBEM10

Editado por: R.M. Natal Jorge; João Manuel R.S. Tavares; José Luis Alexandre; António JM

Ferreira; Mário Vaz

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal

  Data: Agosto 2011 Execução gráfica: Tipografia Nunes Lda - Maia Depósito Legal: 332096/11

  ISBN: 978-989-96276-2-8

  Actas

ÍNDICE

  Prefácio …………………………………………………………………………………………………

  XIII

A. Ciências Aplicadas

   1. Métodos numéricos - Mecânica Computacional e Simulação ……………………………………

  1

  

2. Mecânica geral - Mecânica Experimental ………………………………………………………… 341

  

3. Vibrações mecânicas e acústica ………………………………………………………………… 477

  

5. Mecânica de fluidos ……………………………………………………………………………… 609

  

6. Termotecnia - termodinâmica …………………………………………………………………… 955

  

7. Energia - Energia Eólica - Energia Solar …………………………………………………………… 1201

   8. Sistemas de Representação - CAD - Interfaces e Visualização - Processamento e Análise de Imagem …………………………………………………………… 1539

  

9. Estruturas ………………………………………………………………………………………… 1591

  

10. Mecatrónica - Electromecânica - Robótica ……………………………………………………… 1691

  

11. Instrumentação ………………………………………………………………………………… 1709

  

12. Materiais e Metalurgia …………………………………………………………………………… 1723

  

13. Tribologia ………………………………………………………………………………………… 2265

  

14. Biomecânica - Mecanobiologia - Bioengenharia ………………………………………………… 2379

B. Desenho e Concepção de Máquinas e Componentes

  

15. Sinteses e análises de mecanismos - Desenvolvimento do Produto …………………………… 2659

  

16. Veículos automóvel ……………………………………………………………………………… 2747

  

17. Maquinário de transporte ……………………………………………………………………… 2999

  

18. Máquinas ferramenta …………………………………………………………………………… 3027

  

19. Desenho de elementos de máquina ……………………………………………………………… 3087

  

20. Outras máquinas ………………………………………………………………………………… 3169

C. Fabricação de Componentes e Máquinas

  

21. Processos de fabricação ………………………………………………………………………… 3205

  

22. Planejamento e controle da fabricação ………………………………………………………… 3577

23. rodução industrial - Gestão de Produção ……………………………………………………… 3597

  

24. Fabricação automatizada (CAM) ………………………………………………………………… 3651

  

25. Controle de Qulidade …………………………………………………………………………… 3661

  

26. Ensaios e verificações …………………………………………………………………………… 3717 Actas

27. Metrologia ……………………………………………………………………………………… 3809

D. Exploração de Máquina

  

28. Manutenção ……………………………………………………………………………………… 3869

  

29. Aspectos ambientais …………………………………………………………………………… 3927

  

30. Reacondicionamento …………………………………………………………………………… 3975

E. Métodos e Técnicas para a Formação em Engenharia

31. Formação ………………………………………………………………………………………… 3983

  CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011 CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011

  COLISấO ENTRE VEễCULOS E PEỏES COM PROJECđấO FRONTAL

RM Natal Jorge, JMRS Tavares, JL Alexandre, AJM Ferreira, MAP Vaz (Eds)

  

COLISấO ENTRE VEễCULOS E PEỏES COM PROJECđấO FRONTAL

1 2 3 Sérgio D. L. Rodrigues , Diogo E. C. Brites , Paulo A. G. Piloto

1-Instituto Politécnico de Bragança, Campus Santa Apolónia, Bragança, Portugal, email: sdlrodrigues@hotmail.com

2- Instituto Politécnico de Bragança, Campus Santa Apolónia, Bragança, Portugal, email: diogobrites@live.com

3- Instituto Politécnico de Bragança, IDMEC, Campus Santa Apolónia, Bragança, Portugal, email: ppiloto@ipb.pt

  Palavras chave : Atropelamento, Colisão, Veículos, Peões, Projecção frontal.

  

Resumo

  A investigação na reconstituição de acidentes é frequentemente confrontada com atropelamentos de peões por veículos. Grande parte dos acidentes ocorrem por impacto frontal do veículo com o peão, [1], podendo em alguns casos ser considerado um impacto com projecção frontal. Neste trabalho será estabelecida uma relação entre a velocidade de pré-impacto e a distância de projecção, utilizando dois métodos de cálculo. O método simplificado [1], considera o movimento do peão descrito por três fases distintas; impacto com transferência da quantidade de momento linear do veículo para o peão; queda por movimento plano geral de corpo rígido, descrito pelas equações de equilíbrio dinâmico; deslizamento com imobilização, descrito pelo princípio do trabalho e energia. Este modelo permite determinar a distância de projecção para cada uma das fases. O método avançado de cálculo utiliza dois modelos de corpos rígidos para o peão [2]. O método A é constituído por um modelo de corpo rígido único e o método B é constituído por um modelo antropométrico de corpos rígidos articulados, ambos para descrever um movimento com impacto entre o veículo e o peão. Neste trabalho será apresentado um estudo paramétrico para avaliação da influência dos principais parâmetros intervenientes neste tipo de acidentes (velocidade de pré-impacto do veículo, massa do peão e massa do veículo). Sérgio D. L. Rodrigues, Diogo E. C. Brites, Paulo A. G. Piloto

  1. Introduç

  nçado de cálc métrico, consti culados entre ar a massa de massa corpora

  Vcol9= Vcol10=

  Vcol1 Vcol2 Vcol3 Vcol4 Vcol5 Vcol6 Vcol7 Vcol8=

  000 000 000 000

  : Variação dos par ] V col [km/h]

  métodos de a s para os veícu (mistos e pes m consideração ando a altura nsideradas vár esenta um resu

  epresentação do m

  Representação do

  ão e o solo. s três métodos idera o cor corpo rígido, o avançado de ante ao anter grama Interacti

  Para o método odelo semelha izando o prog

  o apresentados ficado consi r um único c

  análise

  as fases des da geometria ção do peão, restituição entr rito entre o peã

  Mv3=20 Mv4=30 Piloto

  Tabela 1 Mv [kg] Mv1=2 Mv2=3

  M p ) tiveram em eais, considera assa [7]. ram ainda co tabela 1 apre s simulações.

  scritas, é fu e da massa a duração do tre os diferent

  o corpo rígido do

  Figura 3: Re

  nsiderado um rios segmentos te modelo foi nto como uma ura 3.

  O o s i m m s i a s s s s a

  o a s o

  kg] [m] .9/1.37 .0/1.45 .6/1.50 .8/1.60 .1/1.63 .0/1.70 .6/1.75 .1/1.80 .7/1.85 .3/1.91

  áveis utilizadas lação.

  consideradas siderando dois ssas dos peões tropométricos ada para cada des de colisão.

  do peão.

  peão.

  culo B foi co tituído por vár si, [6]. Nest e cada segmen al total, ver figu

  undamental o do veículo, a o impacto, os tes corpos e o s de análise. O rpo humano sujeito às três e cálculo A foi rior, com um ive Physics.

  =30 2=40 3=50 4=60 5=70 6=80 7=90 =100 =110 =120 p1=30 p2=43 p3=47 p4=56 p5=59 p6=66 p7=70 p8=75 p9=79 p10=84

  râmetros de simul h] Mp [k /2h [

  ), cons sados). As mas o os dados an a (2h) adequa rias velocidad umo das variá

  v

  análise foram ulos (M

  multi-corpo rígido

  m todos os m ferentes massas os de veículos

  o método ava odelo antropom atómicos, arti ssível expressa rcentagem da m

  Os atropelam peões depend ocorrem. Os última décad particular aqu com uma red segurança ro Portugal ocup por milhão d ocupa a 1º lug de vítimas m número total 16.1% no ano Neste artigo colisão, com quando são v veículos de el veículos de p crianças). No âmbito atropelament assume-se co de acidentes projecção do velocidade d factores que projecção e a mecanismos do veículo co Nas secções cálculo para d método simp método simp fundamentais que o métod dos mesmos segmentos an

  ura 1: Representaç Sérgi

  to pode ser c Numa primeir o peão, durant com os mem com o solo otações indep olongada, o m o corpo em l, considera-se estando subme

  projecção fron

  A medição terminante pa o do veículo a relação entr de pré-impact e se podem ve o peão com o o utilizados d da velocidade método avança cálculo deriv a de corpos r de cálculo res os, mas com culados.

  (14.8), enquan or número (6.1 atropelamento m acidentes r um tipo de at ontal. Estes a erminadas con frontal com pe m peões de b udos de i ade de pré im ais importante

  3]. Nos dados Europa (19 em número d

  dos por colisão rural ou urban tos ocorridos uma variação verificaram for

  . Na fase final com o solo, e

  o de veículos c no) e do país o em Portugal, significativa, ra das localidad estatísticos so

  e atropelamen er figura 1. N veículo com o o curto [5], c o contacto c sofrerem ro e, mais pro plano geral, co

  mento com p

  é analisado u projecção fro verificadas dete levada altura f passageiros co o dos estu tos, a velocida omo factor ma rodoviários. o peão é det de pré-impacto influenciam a velocidade d de colisão que om o peão e do seguintes são determinação d plificado e o m plificado de s da dinâmica do avançado d s fundamento natómicos artic

  mentos ocorrid dem do local (r s atropelament da, sofreram u ueles que se v dução de 50 [3 odoviária da pa a 13º lugar de habitantes gar com meno mortais por a l de vítimas em o de 2006.

  Figu ção

  Este tipo de três fases, ve impacto do v tempo muito manterem o superiores a segunda fas movimento p da gravidade. em contacto de atrito.

  2. Atropelam

  ção do movimento io D. L. Rodrigue

  9 membros) de vítimas mor nto que a Su

  Figura 2:

  ções anto ação de por re o o de es a bros uma em cção peão cção

  esta secção são étodo simplif presentado po es definidas. P finido um mo rpo rígido, util

  Métodos de

  ra análise d nhecimento d assa e a posiç eficientes de r eficiente de atr

  rites, Paulo A. G. P

  Ne mé rep fas def cor No mo ana po per Em dif tip (M ide ma Fo As nas

  Par con ma coe coe 3.

  ários a de dos ação de to: o o. O

  1). A percentag o em relação rodoviários foi tropelamento cidentes ocorr ndições: colisão eões ou colisão baixa estatura investigação mpacto do veíc na reconstitui da distância ara o cálculo

  (ex: de culo ição de da

  [4], rtais uécia gem ao i de por rem o de o de

  com onde , na em des, obre

  o do peão.

es, Diogo E. C. Br

  caracterizado ra fase ocorr te um período bros inferiore e os memb pendentes. Nu peão entra m queda por ac o corpo do p etido a uma ac

  ntal

  . Existem vá re a distância to, para além erificar na rela solo. dois métodos de pré impacto ado de cálculo va das equaç rígidos, enqua sulta da aplica a utilização

  . s COLISấO ENTRE VEễCULOS E PEỏES COM PROJECđấO FRONTAL

  � �

  �

  �

  � h� º 90

  urante este pro minuição da qu rizontal, que locidade horizo

  � � 90 �

  � �

  x f oj

  Piloto

  ta solução pe lo corpo rígid ral. A simula sição angular a a terceira fase rpo rígido co da pela equaçã

  ujeito à acção ndo o equilíbri ovimento do p

3.1. Método

  ém em contact equação perm nto vertical (y)

  � � � � � � �

  � �

  h y

  7 podem ser re nciais acoplad o de massa e a

  � �

  v x x

  ) cos( ) sin( ) sin(

  � ) sin( s

  �

  restrição ao m peão se manté uação 7. Esta tre o movimen

  .

  �) cos( �

  � h equações 5-7 uações difere sição do centr

  � � �

  � � �

  1

  � proj p

  1 2 2

  � �

  � �

  h k x

  estas equações centro de presenta o raio ntro de massa, ito. Os invest m valor para o balho de dez g sistema foi s lizando o mét arta-quinta ord

  , ,

  � � � �

  � ) cos(

  � � � � �

  �� �

  “x” e a "�”, Kutta, Fehlberg ições iniciais.

  nte horizontal representada o corpo rígido representa o od e Simms [ e atrito de 0.5 estigação difere em ordem a o de Runge K eguintes condi minar a distân urante o mov ficar concluíd o, verifica-se ara uma veloc cto vertical), v momento line ma diminuição durante todo raduzido pelas

  (5) (6) ra garantir que o, utilizando a o acoplamento o corpo rígido

  � cos 2

  (7) um sistema de relacionam a ular do corpo.

  �

  ) cos(� (8) da aceleração por x�� , k em relação ao coeficiente de

  [10], propõem 8, baseado no entes.

  (9) cia percorrida vimento plano da quando a o impacto do cidade vertical

  �

  (10) verifica-se uma ar na direcção o do valor da

  (11) o s ) ) e a o o

  ) e a

  ) o o e m o

  , g ) a o a o l

  ) a o a

  )

  h gh g

  � � �

  � � � � � � �

  � � 90 � y

  h h

  s a componen massa está o de giração do

  , enquanto � tigadores Woo coeficiente de grupos de inve er resolvido todo numérico dem, com as se

  � �

  � �

  � rmitiu determ do “Sdin”, du ação deverá atingir 90º. deste método m o solo, pa

  ão 10. ocesso (impac uantidade de m se traduz num ontal.

  da gravidade io dinâmico tr peão serve par cto com o solo mite efectuar o e a rotação do

  � � �

  � � sin 2 � � �

  � �

  h

  eagrupadas nu adas 8, que a posição angu

  �

  � � � c

  ) cos( 2 2 2

  �

  Neste método corpo human determinadas utilizando o m Durante a fa quantidade d M v , e o peão v col v

  M v M

  p proj

  v se v se v col

  envolve-se dur ndo um movi ara este movim ntacto de 0.056 imp

  t

  fase de impac momento lin entre o veícu se do movime ade inicial v p pés em contac xistência de pela rotação do

  Figura 4: Repr Sérgi o

  nada a distânci través da som ases (Simp., S imbólico Mapl o verifica-se a inear entre o ver equação 1 j des dos dois c

  (v

  e v

  � tre as velocidad s do impacto nte de restituiç roj oeficiente de r de colisão, con

  v pro

  ção (e), ver equ restituição vari nforme estud bre os testes d r equação 3.

  � �

  / [

  20 / [

  20

  s m v m v col col

  Walsh [8] sob Weissner [9], ver 006 .

  M v v

  p proj , assumin

  � � .

  � A relação ent v

  col

  ) e depois pelo coeficien col p pr p proj v

  v v v v e

  � �

  � O valor do co velocidade d por Wood e Lucchini e W

  � � �

  12 .

  o foi determin no (Stotal), at s pelas três fa manipulador si ase de impacto de momento li de massa M p , proj p p proj v

  e

  Esta fase dese (t

  imp

  ), assumin equação 4. P médio de con proj p imp

  S t v

  � � No final da completa de interacção, e posteriores. Durante a fas uma velocida mantém os p implica a ex responsável p

  o simplificado

  rante o curto p imento rectilín mento foi assu 6 [s], [5]. cto é assumid near, não assu ulo e peão, ento plano gera

  cto com o sol uma força d o corpo do peã

  � � Sérgio D. L. Rodrigues, Diogo E. C. Brites, Paulo A. G. Piloto

Sérgi io D. L. Rodrigue es, Diogo E. C. Br rites, Paulo A. G. P Piloto

  Es pel ger po Na cor dad

  As equ po

  �

  � � � �� � �

  k

  Ne do rep cen atri um tra O util qua

  � �

  t t

  �

  �

  �

  y

  Du dim hor vel

  v proj rites, Paulo A. G. P

  peão estará su te período, sen uações 5-6. CM

  F a m

  � �

  y

  A r o p equ ent (�)

  resentação da fase io D. L. Rodrigue

  ão, ver figura 4 2.

  a de projecção ma das distân Sdin., Satrito) le. a transferência veículo de ma

  . corpos, antes (v

  oj

  ), é caracteriz uação 2. ia com o valor os desenvolvi desenvolvidos

  ] ]

  s s

  período de tem neo uniforme, umido um tem da a transferên umindo qualq nas duas fa al, o peão adq ndo que o p lo. Este conta de atrito e s

  

es, Diogo E. C. Br

  � �

  o do ncias [1], a da assa

  (1) (v

  p

  e zada (2) r da idos por

  (3) mpo ver mpo

  (4) ncia quer fases quire peão acto será

  4. O est equ

  � CM CM H M

  Por aplicaçã ão do princíp pio do trabal lho e energia

  a, é determinado o valor da dist tância percorri ida nesta fase.

  1 2 � � � � M v � ( M g ) S S p proj f p atrito � �

  (12)

2 Depois dest te último pas sso, é possív vel determina ar a distância tota al percorrida “S Stotal”.

  � �

  S S S S total din atrito S imp. .

  (13) Nas figuras 5-9 estão re epresentados o os resultados da

  Figu ura 8: Distância d e projecção em fu unção da velocidad de de colisão para a

  distância perc corrida em fu unção da veloc cidade de coli são,

  peão (p (p8)

  para o atrope elamento dos peões p2, p4 , p6 p8 e p10

  0. A distância aum menta com a v velocidade de colisão. O ef feito da massa do v veículo é seme elhante mas em m menor escala

  a. A distância de projecção d diminui ligeir ramente com m o aumento da m massa do peão .

  Figu ura 9: Distância d e projecção em fu unção da velocidad de de colisão para a peão (p p10).

  3.2

  2. Método av vançado A Figura 5: Distânc cia de projecção e em função da velo ocidade de colisão para pe eão (p2).

  Ne este método fo - oi utilizado o m método numér rico de Kutta- Me erson para det terminação do o movimento de colisão do o veí ículo com o p peão. Neste m modelo foram m definidas as s me esmas condiçõ es iniciais dos s corpos interv venientes (Mv, , Vc col, Mp, 2h) e os mesmo os parâmetros s de impacto o (co oeficiente de r estituição) e a atrito (coeficie ente de atrito). .

  O tempo de int egração foi de e 1 [ms]. Na figura 10 está á rep presentado o resultado da s simulação de um peão p1, , com m veículo de m massa Mv1 e baixa velocida ade de colisão o (Vc col1).

  Figura 6: Distânc cia de projecção e em função da velo ocidade de colisão para pe eão (p4).

  Figura 1 10: Simulação da p projecção para Vc col1.

  Na a figura 11 est tá representad do o resultado da simulação o de um peão p1 1, com veícul lo de massa Mv1 e baixa a vel locidade de co lisão (Vcol1).

  Figura 1 1: Simulação da p projecção para Vc ol10.

  Fo ram determina ados valores s semelhantes pa ara a distância a de projecção, con nforme se pod de verificar pel la comparação o

  Figura 7: Distânc cia de projecção e em função da velo ocidade de colisão para pe eão (p6). de resultados d das distâncias de projecçã ão dos peões s

  (p1 1,p3,p5,p7,p9), , ver figura 12. .

  • e)*Vcol;
    • timp; h*sin(f(t)))+(9. ff(f(t), t, t))*sin
    • cos(f(t)))+(h* (h*(0.58))*cos(

  (f(t)))*(-

  Piloto ões Maple)

  0)/3600); col; Mv+Mp))*(1+

  .81*h*(0.58))*c n(f(t)))+(h*sin(

  • 0.58*cos(f(t)) (f(t))*(-h*(diff(
  • (k)^2,(1/(.58) =h*(diff(f(t), t)
  • (-h*(diff(f(t), (f(t),

3.3. Método

  e

  bservatory, Octo

  roc. IMechE. V

  66;

  )=Vproj, f(0)= nit1, numeric, [0,0.01,…,0.49

  • 9.81); arrasto; and D G Wal dated models
    • Sfallover+Sar
      • – n

  d

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  46013287423; 504713668296 po-Simpact; po; o-(0.58*Vv); f)^2/(2*0.58*

  (diff(f(t), t, t))* diff(f(t), t, t)))= mpact, D(x)(0) dsys1 union ini output=array([ 58360095493;

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  ujão, “Antropo

  Aldman, B., Romanus, B. of lower leg impacts”, Int

  Injury conferenc

  gura 13: Simulação

  ntado o resulta smo peão p1, idade de colisã

  o da projecção par

  zado o mes ação do movim este modelo fo dos corpos in mos parâmetro s vários segme tornozelo, jo limites na ro humano. ntado o resulta peão p1, com colisão (Vcol1

  B

  foram encon es. O erro má

  Sérgi ultados entre méto nçado A.

  foram aprese opelamentos d os permitem e projecção e

  ões

  obtidas com aiores distânci mento da quan de alguns segm

  ura 14: Simulação

  4 está represen mento do mes elevada veloci

  c.) possuem l nto do corpo h está represen mento de um p velocidade de

  m o método ias de projecç ntidade de mo mentos anatóm entados difere de peões, com estabelecer um a velocidade

  do foi utiliz para determina om o peão. Ne dições iniciais h) e os mesm stribuída pelos rticulações (t

  o avançado B

  semelhantes restantes peõe

  omparação de resu ava

  Neste artigo análise de atr Estes método distância de veículos.

  As soluções origem a ma devido ao aum pela rotação d

  Figu

  Na figura 14 do atropelam massa Mv1 e

  Fig

  Neste méto integração, p do veículo co mesmas cond Vcol, Mp, 2h massa foi dis Algumas ar pescoço, etc comportamen Na figura 13 do atropelam Mv1 e baixa v

  Resultados colisões dos foi de 3%.

  COLISấO ENTRE VEễCULOS E PEỏES COM PROJECđấO FRONTAL Figura 12: Co

  da projecção para

  io D. L. Rodrigue odo simplificado e

  Road Safety O

  ntrados para áximo encontr mo método mento de coli foram definida ntervenientes (M os de impacto entos anatómic oelho, cotov otação, confor ado da simula veículo de ma 1).

  SafetyNet, “T

  Observatório de

  MSC Softwa 2000. Autoridade “Principais in

  J. Automobile E

  D P Wood, pedestrian co impact and p

  eferências

  81}; t1 :={x(0)=Sim (f)(0)=0}; ol1 := dsolve(d ethod=rkf45, o empo:=4.3835 empo:=8.1364 ottempo:=4.95 allover:=Xtem v:=h*Vrottemp projf:=Vtempo rrasto:=(Vproj otal:=Simpact+

  ^2*cos(f(t)))=( )-(h*sin(f(t))*(d

  (diff(f(t), t))^2* ))*sin(f(t))))+(

  =L/2; ys1:={((9.81*h n(f(t)))*(-h*(dif

  =1.45; =(0.23)*L;

  =0.12-0.006*V proj:=((Mv)/(M mp:=0.056; mpact:=Vproj*

  start; p:=43; v:=2000; col:=((30*1000

  rites, Paulo A. G. P nexo (instruçõ

  [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

  Re

  9.8 init D( dso me Xte Vte Vro Sfa Vv Vp Sar Sto

  res Mp Mv Vc e:= Vp tim Sim L:= k:= h:= dsy sin h*( t, t) t))^ t)))

  An

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  as rado de isão as as

  

es, Diogo E. C. Br

e

  avançado B ção. Este fact omento produz micos. entes métodos m colisões front ma relação entr e de colisão

  a Vcol10.

  ado da simula com veículo ão (Vcol10).

  ra Vcol1.

4. Conclusõ

  • e d
Sérgio D. L. Rodrigues, Diogo E. C. Brites, Paulo A. G. Piloto

Sérgio D. L. Rodrigues, Diogo E. C. Brites, Paulo A. G. Piloto

  children results from dummy tests”, International Research Council on Biomechanics of Injury conference, 1980. [10] Wood D.P & Simms C.K., “Coefficient of friction in pedestrian throw”, Impact, Vol 9, no 1, 12-15, 2000.

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