Depois de criado o modelo do motociclo no software “MSC Adams” criou-se um modelo antropométrico de um piloto, de forma a incorporar este nas simulações para aproximar estas o mais possível da realidade.
Para a construção do modelo do piloto seguiu-se como exemplo o modelo representado na figura5.10. Considerou-se um peso médio para o piloto de 75 kg.
Capítulo 6
Modelo multicorpo flexível
Nesta secção explica-se como é gerada a partir de um software de elementos finitos a matriz de massa e rigidez do quadro de um motociclo. Em síntese: como se introduz os componentes do quadro no software, como se atribui o material aos diferentes componentes, criação das con- dições de fronteira e forças aplicadas ao modelo, criação dos vários passos (steps) necessários para ao correr a simulação gerar-se a matriz de massa e de rigidez, criação da malha e corre- ções geométricas para geração de uma malha sem erros e por fim criação do job. Em seguida, explica-se como é gerado o ficheiro do tipo neutro modal (.mnf) que contém a informação so- bre a flexibilidade do quadro de forma a efetuar a análise dinâmica de multicorpo flexível no software “MSC Adams”.
6.1
Modelo no software “Abaqus”
Começou-se por criar um modelo do quadro do motociclo em elementos finitos no software “Abaqus”. Para tal, importou-se todos os componentes do quadro (trave, alma e berço) para este mesmo software. Em seguida, criou-se o material (ver tabela5.1) atribuindo-se este a uma secção e atribuiu-se esta ao respetivo componente. Posto isto, criou-se o assembly entre os componentes (figura6.1).
84 CAPÍTULO 6. MODELO MULTICORPO FLEXÍVEL
Figura 6.1: Conjunto do quadro.
Posto isto, criou-se os vários passos (steps) que serão necessários para gerar a matriz de rigidez e massa. No primeiro passo são calculados os modos naturais de vibração, figura6.2, e no passo 2, é pedido a geração das matrizes de massa e de rigidez (ver figura6.3e figura6.4).
Figura 6.2: Primeiro passo no modelo de elementos finitos para o cálculo dos modos próprios de vibração.
6.1. MODELO NO SOFTWARE “ABAQUS” 85
Figura 6.3: Segundo passo no modelo de elementos finitos para a geração da matriz de massa e de rigidez.
Figura 6.4: Opções utilizadas para a geração das matrizes de massa e de rigidez.
Terminada esta etapa concebeu-se as interações entre os diferentes componentes do quadro (ver figura6.5). Neste caso temos ligações de vários tipos como se pode ver na tabela6.1.
86 CAPÍTULO 6. MODELO MULTICORPO FLEXÍVEL
Figura 6.5: Interações numeradas entre componentes do quadro.
Tabela 6.1: Diferentes tipos de interações utilizadas. Número da interação Tipo de interação
1, 3, 5,7 e 9 Tie sem rotações
2, 4 e 8 MPC Beam
Em seguida, desenvolveu-se as diferentes condições de fronteira. No primeiro passo (Step 1), colocou-se condições de fronteira do tipo deslocamento/rotações (U1 = 0; U2 = 0; U3 = 0)
nos pontos onde os restantes componentes do motociclo são ligados aos componentes do qua- dro (figura6.6). Para o segundo passo (Step 2) criou-se condições de fronteira do tipo retenção dos graus de liberdade de um nó (retained nodes) (U1 = 0; U2 = 0; U3 = 0) nos pontos anterior-
6.1. MODELO NO SOFTWARE “ABAQUS” 87
(a) Nós de aplicação das condições de fronteira.
(b) Pormenor de nó de aplicação das condições de fronteira
Figura 6.6: Nós de aplicação das condições de fronteira.
De forma a finalizar o modelo, chegou-se ao momento de formar a malha de elementos finitos do quadro. É importante referir que esta etapa foi a mais trabalhosa, pois efetuaram-se inúmeras tentativas de geração da malha, todas sem sucesso. Os erros baseavam-se na inter- seção de malha causados pela geometria complexa dos diversos componentes constituintes do quadro. Após algum tempo dispensado a analisar-se os erros obtidos e a ponderar-se qual a melhor forma de os solucionar, optou-se por corrigir-se alguns erros da geometria através da ferramenta “geometry edit” do software “Abaqus” e simplificou-se a geometria de alguns destes componentes no software “Solidworks”, de forma a ultrapassar os erros anteriores. Posto isto, ficou-se em condições de se gerar a malha, para tal, começou-se por escolher o tipo de controlo da malha escolhendo-se um algoritmo de geração de elementos tetraédricos com mapeamento da malha através das faces (figura6.7). Em seguida, elegeu-se o tipo de elementos para a ma- lha, optando-se por elementos tetraédricos da família dos 3D stress e de ordem geométrica quadrática (figura6.8), de modo a ter-se uma malha mais precisa e resultados mais refinados.
88 CAPÍTULO 6. MODELO MULTICORPO FLEXÍVEL
Figura 6.7: Diferentes parâmetros escolhidos para o controlo da malha.
Figura 6.8: Diferentes parâmetros selecionados para a escolha do tipo de elemento. Após realizadas todas as etapas anteriormente referenciadas criou-se a malha de elementos finitos no quadro do motociclo e obteve-se a malha representada na figura6.9e na figura6.10
com as seguintes características: • Número de elementos:274231;
6.1. MODELO NO SOFTWARE “ABAQUS” 89
Figura 6.9: Malha do Quadro.
Figura 6.10: Ampliação da malha do quadro.
Antes de se executar o último passo, efetuou-se uma análise estática simples - averiguar os resultados obtidos com a malha da figura 6.9. Esta análise consiste em carregar-se o quadro com uma pressão de 10MPa e encastrar-se este nas extremidades, como é possível observar- se na figura 6.11. Depois de efetivada a simulação, observando-se a figura 6.12concluiu-se que o modelo era válido, pois os deslocamentos em magnitude são máximos onde se aplicou a pressão e mínimos onde se aplicou as condições de fronteira, tal como era esperado.
90 CAPÍTULO 6. MODELO MULTICORPO FLEXÍVEL
Figura 6.11: Zonas de aplicação de condições de fronteira e da pressão.
Figura 6.12: Representação dos deslocamentos em magnitude ao longo do quadro através de um mapa de cores
Para criar o ficheiro com a informação de elementos finitos, acrescentou-se manualmente a este ficheiro as linhas de código sublinhas na figura6.13. Com isto, conseguiu-se finalmente através da linha de comandos executar este ficheiro input, de forma a obter-se um ficheiro do tipo neutro modal (.mnf). Importou-se este para o software “MSC Adams” e converteu-se o quadro de multicorpo rígido para multicorpo flexível (procedimento mostrado em seguida).
6.1. MODELO NO SOFTWARE “ABAQUS” 91
Figura 6.13: Parte do código do ficheiro input. Procedimento criação de um ficheiro do tipo neutro modal (.mnf)
1 - Digitar o seguinte comando na pasta onde se encontra armazenado o ficheiro input, para se executar a análise no software “Abaqus”:
• abaqus job=nomedoficheiroinput
2- Digitar o seguinte comando para executar o conversor Abaqus-Adams para converter os resultados obtidos num banco de dados SIM gerado na análise Abaqus para um ficheiro do tipo neutro modal (.mnf) para usar-se no software “MSC Adams”:
• abaqus adams job=nomedoficheiroinput substructure_sim=nomedoficheiroinput_Z1a
aNota: Importante referir que a seguir a este código colocou-se o seguinte código: units=[mmks]