Viatura de geometria elementar

O processo de construc¸ ˜ao do modelo foi iniciado com um modelo da viatura com uma geometria ele- mentar, tendo em vista o referido anteriormente, ou seja, por forma a compreender-se o funcionamento

1_{Existem dois intervalos de tempo distintos a definir-se no LS-DYNA: tempo de amostragem para os dados de sa´ıda e tempo}

do software nas suas tr ˆes fases: 1) pre-processor ; 2) LS-DYNA Program Manager ; 3) post-processor. Nesta primeira abordagem ao problema, pretende-se identificar os elementos a representar e definir o processo para a modelac¸ ˜ao de modo a tornar o processo de identificac¸ ˜ao de erros de compilac¸ ˜ao o mais c ´elere poss´ıvel em termos de tempo de CPU gasto em processamento e c ´alculo computacional, ou seja, pretende-se com esta fase compreender o funcionamento do programa e identificar as ´areas de modelac¸ ˜ao, nomeadamente as Keywords a utilizar que requerem maior atenc¸ ˜ao, bem como o tipo de controlos (*CONTROL e *DATABASE) que ´e necess ´ario fazer para quando se implementar um modelo mais detalhado n ˜ao ocorram erros de compilac¸ ˜ao dado que o tempo de CPU necess ´ario ser ´a muito superior.

Na fase de pr ´e-processamento, foi constru´ıda uma representac¸ ˜ao da viatura numa geometria ele- mentar e procurou-se discretizar o modelo numa malha representada pelo menor n ´umero de elementos poss´ıvel, figura 4.3. Contudo, na fase de desenho, procurou-se garantir concord ˆancia com as medidas gerais da viatura, ver figura 1.3. Na fase de discretizac¸ ˜ao, devido aos c ´alculos num ´ericos do modelo CONWEP e ao tempo reduzido em que o fen ´omeno ocorre, verificou-se a necessidade de refinar a malha na zona do casco da viatura para se poder obter os resultados pretendidos.

Y Y X X Z Z

LS-DYNA keyword deck by LS-PrePost

(a) Prespetiva da frente da viatura

Z Z X X Y Y

LS-DYNA keyword deck by LS-PrePost

(b) Prespetiva da retaguarda da viatura

Figura 4.3: Modelo de geometria simples e discretizac¸ ˜ao da primeira abordagem.

Para al ´em do modelo discretizado, ´e necess ´ario definirem-se outros elementos inerentes `a f´ısica do problema, tais como: corpo da viatura, efeito da gravidade, onda de choque derivada da explos ˜ao,

propriedades dos materiais, entre outras. E ainda ´e necess ´ario que se definam outros aspetos relacio- nados com os c ´alculos num ´ericos, tais como: tempo de simulac¸ ˜ao, tipo de dados que se pretende que fiquem guardados e respetivo tempo de amostragem dos valores de sa´ıda, fator de incrementac¸ ˜ao en- tre os c ´alculos num ´ericos, entre outros. Nos pr ´oximos par ´agrafos s ˜ao descritas as as keywords criadas para tais elementos e propriedades do c ´alculo num ´erico.

Corpo da Viatura

Para o LS-DYNA identificar o corpo da viatura como sendo uma part ´e necess ´ario definir-se esta como tal, assim sendo, a keyword *PART PART executa essa func¸ ˜ao, no entanto ´e necess ´ario atribu´ırem- se mais informac¸ ˜oes: secc¸ ˜ao e material. A secc¸ ˜ao (*SECTION) define a exist ˆencia de uma malha do tipo shell, *SECTION SHELL. Para se atribuir as propriedades de um determinado material, recorre-se `a keyword *MAT. Para o material que comp ˜oe o corpo da viatura definiu-se um *MAT PLASTIC KINEMATIC amplamente utilizado para se definirem ac¸os, como ´e o caso do material que comp ˜oe a grande maioria da blindagem da viatura. As caracter´ısticas do materal foram retiradas do relat ´orio t ´ecnico de Nilsson [56] e do artigo publicado por Swierczewski et al. [57].

Para se definir o centro de gravidade, a massa e os principais momentos de inercia do modelo pr ´oximos da viatura real recorreu-se `a opc¸ ˜ao Mass Trimming do separador Element and Mesh. Deste modo foi poss´ıvel distribuir pelos n ´os da malha a massa necess ´aria para perfazer os 18000 [kg] da viatura real e assegurar que o centro de massa seja o mesmo relativamente `as coordenadas da viatura real. Este m ´etodo atribui um valor de massa a cada n ´o de forma autom ´atica pela keyword *ELE- MENT MASS.

Suspens ˜ao da Viatura

Uma t ´ecnica utilizada para a criac¸ ˜ao de parts (*PART) do tipo mola e amortecedor ´e a criac¸ ˜ao de elementos discretos utilizando a keyword *ELEMENT DISCRETE,figura 4.4, para tal definem-se secc¸ ˜oes discretas (*SECTION DISCRETE) entre dois pontos.

Os coeficientes de elasticidade da mola kie de amortecimento dos amortecedores ci s ˜ao definidos

como material, com recurso `as keyword *MAT SPRING ELASTIC e *MAT DAMPER VISCOUS, respe- tivamente.

Para n ˜ao existirem erros ao correr o modelo ´e necess ´ario ainda definir um valor de massa nos n ´os que comp ˜oem a suspens ˜ao, isto ´e, n ˜ao dever ˜ao existir n ´os sem massa quando se utilizam elementos discretos. Assim sendo, definiu-se uma massa de 1 [kg] para o n ´o que faz tanto parte da suspens ˜ao como do chassis viatura (massa consideravelmente pequena relativamente `a massa da viatura). Para o ponto que fica livre e em contacto com o solo, definiu-se uma massa de 200 [kg] de modo a recriar o peso correspondente `as rodas da viatura, 150 [kg] [10], mais os elementos agregados a esta como ´e o caso da pr ´opria suspens ˜ao.

Figura 4.4: Ilustrac¸ ˜ao da suspens ˜ao na geometria da viatura detalhada.

Acelerac¸ ˜ao da Gravidade

A acelerac¸ ˜ao da gravidade ´e introduzida no modelo com a recurso `a keyword *LOAD BODY Y, sendo j ´a predefinido a direc¸ ˜ao do vetor de acelerac¸ ˜ao. Esta keyword requer a introduc¸ ˜ao de uma curva, definindo-se em *DEFINE CURVE, e a introduc¸ ˜ao de um fator multiplicativo dessa curva. A curva consiste na criac¸ ˜ao de um gr ´afico de variac¸ ˜ao acelerac¸ ˜ao em func¸ ˜ao do tempo, sendo boa pr ´atica definir-se um valor de magnitude constante de 1 para a acelerac¸ ˜ao e o ajuste para os 9.8 [m/s2_{] atrav ´es}

do fator.

Detonac¸ ˜ao do Explosivo

O m ´etodo CONWEP, modelo escolhido para a gerac¸ ˜ao de uma onda de choque provocada pela detonac¸ ˜ao de um explosivo, ´e implementado atrav ´es de *LOAD BLAST ENHANCED. Esta keyword permite que sejam introduzidos os dados relativos ao explosivo: massa equivalente de TNT, ver tabela 2.1; localizac¸ ˜ao da carga; ativac¸ ˜ao de c ´alculos associados tanto ao sistema de unidades, que se pre- tende coerente, assim como das equac¸ ˜oes que o LS-DYNA processar ´a durante os c ´alculos, ver secc¸ ˜ao 2.3.1.

Solo

De forma colocar a viatura assente numa superf´ıcie, procurando representar o solo, definiu-se uma *RIGIDWALL. Esta keyword permite determinar a exist ˆencia de uma superf´ıcie r´ıgida definindo-se uma condic¸ ˜ao de fronteira, ou seja, a exist ˆencia de contacto entre os n ´os da suspens ˜ao (rodas) e a superf´ıcie r´ıgida (solo) limitando o deslocamento da viatura devido `a acelerac¸ ˜ao da gravidade.

Condic¸ ˜oes de Fronteira

Foram criadas condic¸ ˜oes de fronteira, para o primeiro ensaio, que n ˜ao permitissem o movimento da viatura, ou seja, definiu-se que a viatura se encontra fixa em cada uma das tr ˆes direc¸ ˜oes no espac¸o ( x, y e z) assim como n ˜ao existe rotac¸ ˜ao em torno dos tr ˆes respetivos eixos. Ao n´ıvel do software, estas condic¸ ˜oes de fronteira s ˜ao definidas em Model and Part - Criate Entity - Boundary - SPC e selecionam- se os referenciais que se pretende que sejam constrangidos, sendo que neste caso selecionaram-se todos as 6 poss´ıveis.

Controlo e Base de Dados

As keywords *CONTROL e *DATABASE s ˜ao a base da simulac¸ ˜ao no LS-DYNAr_{, sendo necess ´ario:}

receber a indicac¸ ˜ao de quando termina a simulac¸ ˜ao, *CONTROL TERMINATION; qual o fator de escala associado intervalo de tempo de processamento, *CONTROL TIMESTEP (para fen ´omenos de explos ˜ao ´e indicado utilizar-se um fator de 0.6 ou 0.67); o tempo de amostragem para os dados que se preten- dem guardar, *DATABASE BINARY D3PLOT para guardar dados relativos `a cinem ´atica do problema, *DATABASE BINARYBLSFOR para guardar dados relativos `a detonac¸ ˜ao do explosivo. Contudo, s ˜ao necess ´arias outras ac¸ ˜oes associadas ao controlo (durante a compilac¸ ˜ao) e base de dados (valores de sa´ıda) para que os resultados obtidos sejam os pretendidos.