Desenvolvimento de uma ferramenta computacional para simulação de sistemas mecânicos multicorpos - Figueira, Marcelo de Almeida (2008)
A simulação matemática é uma ferramenta muito importante na redução de custos de produção e viabilização de novos projetos de máquinas agrícolas. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um programa computacional para simulação de sistemas mecânicos multicorpos, com funcionalidades adequadas às necessidades dos fabricantes de máquinas agrícolas, denominada FSSM (Ferramenta para Simulação de Sistemas Mecânicos), utilizando os recursos de programação gráfica do AutoCAD. Um algoritmo computacional, capaz de gerar automaticamente as equações que descrevem o movimento (posição, velocidade e aceleração) dos corpos rígidos do sistema multicorpo, é apresentado. O sistema de equações gerado é resolvido usando métodos numéricos. Para resolver os sistemas de equações nãolineares é usado o método de Newton-Raphson e, para o sistema de equações diferenciais ordinárias, é usado o método de Runge-Kutta de quarta ordem. Para atender as demandas mais usuais, um conjunto de elementos de força foi modelado e implementado, possibilitando simulações em um universo maior de problemas. A FSSM permite análises estática, cinemática e dinâmica de sistemas multicorpos. Na análise estática são obtidas as forças nas juntas do sistema multicorpos a partir das forças gravitacionais e forças aplicadas nos corpos, definidas pelo usuário. Na análise cinemática, em cada instante de tempo, previamente definidos, são obtidas a posição, velocidade e aceleração de cada corpo. Na análise dinâmica, são determinados os esforços nas juntas, bem como a posição, velocidade e aceleração de cada corpo a cada intervalo de tempo. Pontos de interesse presos aos corpos podem ser definidos, tanto para análise cinemática quanto para análise dinâmica. Forças do tipo: mola-amortecedor, constante, de impacto e harmônicas são implementadas, bem como a cinemática de pares de engrenagens e pares de polias ligadas por correias. As forças de interação entre pneu e solo também são implementadas, possibilitando a simulação do movimento de veículos terrestres sobre o solo. A implementação da FSSM é composta por três módulos distintos: pré-processamento (em linguagem VBA), processamento (programa executável em linguagem VB) e pós-processamento (também em linguagem VBA). Alguns testes foram realizados para validar a FSSM. Os testes são basicamente a comparação entre o resultado obtido analiticamente e o obtido pela FSSM. Para isso, se faz necessária a modelagem de sistemas simples, cujas equações geradas possam ser resolvidas analiticamente. O primeiro sistema foi uma treliça, usada para validar o módulo de análise estática. O segundo foi um mecanismo tipo quatro-barras visando validar a geração das equações que simulam as juntas de revolução e validar a análise cinemática da FSSM. O terceiro foi um conjunto de engrenagens planetárias, que permitiu validar simultaneamente o uso de restrições relativas aos pares de engrenagens e juntas de revolução em análise do tipo cinemática. O quarto sistema foi do tipo massa-mola com movimento vertical que foi usado para validar as forças do tipo mola, forças gravitacionais e a análise dinâmica de sistemas. O quinto sistema foi do tipo massa-mola- amortecedor com movimento horizontal que foi usado para validar as forças do tipo mola com amortecimento, junta de translação e a análise dinâmica de sistemas. Testes de campo em um trator agrícola também foram realizados, consistindo da medição da vibração vertical em dois pontos, um localizado na parte dianteira e outro na parte traseira. As medições foram feitas a partir de um sistema automático de aquisição de dados, a bordo do trator, e os valores da aceleração vertical, ao longo do tempo, foram comparados com os valores simulados na FSSM. Os resultados foram satisfatórios, mostrando que a FSSM modelou adequadamente o sistema nos cinco testes realizados, bem como nos testes de campo.