CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011 | CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011 V
Actas del
X Congreso Iberoamericano
de Ingeniería Mecánica – CIBIM 10
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
CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011 | CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011 VII
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
CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011 | CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011 2907 COLISÃO ENTRE VEÍCULOS E PEÕES COM PROJECÇÃO FRONTAL
Sérgio D. L. Rodrigues 1, Diogo E. C. Brites 2, Paulo A. G. Piloto 3
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.
Sérgio D. L. Rodrigues, Diogo E. C. Brites, Paulo A. G. Piloto
1. Introduç
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
2. Atropelam
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. ção 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.
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
mento com p
e atropelamen er figura 1. N veículo com o o curto [5], c o contacto c sofrerem ro e, mais pro plano geral, co . Na fase final com o solo, e
Sérgi
dos por colisão rural ou urban tos ocorridos uma variação verificaram for 3]. Nos dados Europa (19 em número d (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 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.
projecção fron
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
io D. L. Rodrigue
o de veículos c no) e do país o
em Portugal, significativa, ra das localidad
estatísticos so 9 membros) de vítimas mor
nto que a Su 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 . 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
ntal
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
es, Diogo E. C. Br
com onde
, na em des, obre [4], rtais uécia gem ao i de
por rem o de o de (ex: de culo ição de da ários a de dos ação de to: o o. O ções anto ação de por re o o de es a bros uma em cção peão cção Par con ma coe coe 3. Ne mé rep fas def cor No mo ana po per Em dif tip (M ide ma Fo As nas
rites, Paulo A. G. P
ra análise d nhecimento d assa e a posiç eficientes de r eficiente de atr
Métodos de
esta secção são étodo simplif presentado po
es definidas. P finido um mo rpo rígido, util
Figura 2:
o método ava odelo antropom
atómicos, arti ssível expressa rcentagem da m
Figura 3: Re
m todos os m ferentes massas
os de veículos Mp) tiveram em
eais, considera assa [7].
ram ainda co tabela 1 apre s simulações. Tabela 1 Mv [kg] Mv1=2 Mv2=3 Mv3=20 Mv4=30 Piloto
as fases des da geometria
ção do peão, restituição entr rito entre o peã
análise
o apresentados ficado consi r um único c Para o método odelo semelha izando o prog
Representação do
nçado de cálc métrico, consti culados entre ar a massa de massa corpora
epresentação do m
métodos de a s para os veícu (mistos e pes m consideração ando a altura
nsideradas vár esenta um resu
: Variação dos par
] Vcol
[km/h] 000 000 000 000 Vcol1 Vcol2 Vcol3 Vcol4
scritas, é fu e da massa
a duração do tre os diferent
ão e o solo.
s três métodos idera o cor corpo rígido, o avançado de
ante ao anter grama Interacti
o corpo rígido do
culo B foi co tituído por vár si, [6]. Nest e cada segmen al total, ver figu
multi-corpo rígido
análise foram ulos (Mv), cons
sados). As mas o os dados an a (2h) adequa
rias velocidad umo das variá
râmetros de simul
h] Mp [k/2h [
=30 2=40 3=50 4=60 p1=30 p2=43 p3=47 p4=56
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.
peão.
nsiderado um rios segmentos te modelo foi nto como uma
ura 3.
do peão.
consideradas siderando dois ssas dos peões tropométricos ada para cada
CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011 | CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011 2909
Durante a fa quantidade d Mv, e o peão
v col
vv M
M �
A relação ent vcol) 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
� � � � � 0 . 0 12 . 0 e
Esta fase dese (timp), assumin
equação 4. P médio de con
proj p
imp v t
S � �
No final da completa de interacção, e posteriores. Durante a fas uma velocida mantém os p implica a ex responsável p
ase de impacto de momento li
de massa Mp,
proj p p proj
v M v
v �
tre as velocidad s do impacto nte de restituiç
roj
oeficiente de r de colisão, con
Walsh [8] sob Weissner [9], ver
006 . v se v se vcol 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 vp
pés em contac xistência de pela rotação do
Figura 4: Repr
o verifica-se a inear entre o
ver equação 1
j
des dos dois c (vp proj e vv 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
rante o curto p imento rectilín mento foi assu 6 [s], [5].
cto é assumid near, não assu ulo e peão,
ento plano gera
p proj, assumin
cto com o sol uma força d o corpo do peã
resentação da fase
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 ão, ver figura 4
2.
a da assa
(1)
(vp e
zada (2) r da idos por (3) mpo ver mpo (4) ncia quer fases quire peão acto será 4.
�
A r o p equ ent (�) � y As equ po�
� � � �� � � k Ne do rep cen atri um tra O util qua � � t t Es pel ger po Na cor dad � � y Du dim hor vel vproj CM CM H M ��
restrição ao m peão se manté uação 7. Esta tre o movimen
.
�) cos( � �h
equações 5-7 uações difere sição do centr
�
�
�
� � � � ) sin( s 1 1 2 2 � � � � � h k xestas 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 , 0 0 , 0 � � � �
� vpproj x x
ta solução pe lo corpo rígid ral. A simula sição angular a a terceira fase rpo rígido co da pela equaçã
���90º���h��
urante este pro minuição da qu rizontal, que locidade horizo
��90��
�x� � f
oj �
ovimento do p ém em contact
equação perm nto vertical (y)
�
� � � � �y� h ��
7 podem ser re nciais acoplad o de massa e a
�
�
� ) cos( ) cos( ) sin( ) sin( � � � � � � � � � � � � h hs a componen massa está o de giração do
, enquanto �
tigadores Woo coeficiente de grupos de inve
er resolvido todo numérico dem, com as se
0 0 � � � � �
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.
���90�
y �
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 � � � � � � � � h gh gnte 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
(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.
“x” e a "�”, Kutta, Fehlberg ições iniciais.
(9)
cia percorrida vimento plano da quando a
o impacto do cidade vertical
(10)
verifica-se uma ar na direcção o do valor da
Sérgio D. L. Rodrigues, Diogo E. C. Brites, Paulo A. G. Piloto
Por aplicaçã determinado
2
1 2 �
f proj pv
M
Depois dest distância tota
total S
S �Simp.�
Nas figuras distância perc para o atrope distância aum da massa do v distância de aumento da m
Figura 5: Distânc
Figura 6: Distânc
ão do princíp o valor da dist
�
��(Mpg)�
�Ste último pas al percorrida “S
atrito din S
S .�
5-9 estão re corrida em fu elamento dos menta com a v
veículo é seme projecção d massa do peão
cia de projecção e pe
cia de projecção e pe
Sérgi
pio do trabal tância percorri
0
� atrito
S
sso, é possív Stotal”.
epresentados o unção da veloc
peões p2, p4 velocidade de elhante mas em
diminui ligeir .
em função da velo eão (p2).
em função da velo eão (p4).
io D. L. Rodrigue
lho e energia ida nesta fase.
vel determina
os resultados cidade de coli
, p6 p8 e p10 colisão. O ef m menor escala
ramente com
ocidade de colisão
ocidade de colisão
es, Diogo E. C. Br
a, é
(12)
ar a
(13)
da são, 0. A feito a. A m o
para
para
Figu
Figu
3.2
Ne Me veí me Vc (co O rep com (Vc
Na de vel
rites, Paulo A. G. P
ura 8: Distância d
ura 9: Distância d
2. Método av
este método fo erson para det ículo com o p esmas condiçõ col, Mp, 2h) oeficiente de r tempo de int presentado o
m veículo de m col1).
Figura 1
a figura 11 est um peão p1 locidade de co
Figura 1 Piloto
e projecção em fu peão (p
e projecção em fu peão (p
vançado A
oi utilizado o m terminação do peão. Neste m es iniciais dos
e os mesmo estituição) e a egração foi de resultado da s massa Mv1 e
10: Simulação da p
tá representad 1, com veícul lisão (Vcol1).
1: Simulação da p
unção da velocidad (p8)
unção da velocidad p10).
método numér o movimento
modelo foram s corpos interv os parâmetros atrito (coeficie
e 1 [ms]. Na simulação de baixa velocida
projecção para Vc
do o resultado lo de massa
projecção para Vc
de de colisão para
de de colisão para
rico de Kutta-de colisão do m definidas as venientes (Mv, s de impacto ente de atrito). figura 10 está um peão p1, ade de colisão
col1.
da simulação Mv1 e baixa
ol10.
a
a
-o s , o . á , o
CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011 | CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011 2911
Figura 12: Co
Resultados colisões dos foi de 3%.
3.3. Método
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
Fig
Na figura 14 do atropelam massa Mv1 e
Figu
As soluções origem a ma devido ao aum pela rotação d
4. Conclusõ
Neste artigo análise de atr Estes método distância de veículos.
omparação de resu ava
semelhantes restantes peõe
o avançado B
do foi utiliz para determina om o peão. Ne dições iniciais
h) e os mesm stribuída pelos rticulações (t c.) possuem l nto do corpo h
está represen mento de um p velocidade de
gura 13: Simulação
4 está represen mento do mes elevada veloci
ura 14: Simulação
obtidas com aiores distânci mento da quan de alguns segm
ões
foram aprese opelamentos d os permitem e projecção e
ultados entre méto nçado A.
foram encon es. O erro má
B
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
o da projecção par
ntado o resulta smo peão p1,
idade de colisã
da projecção para
m o método ias de projecç ntidade de mo mentos anatóm
entados difere de peões, com estabelecer um
a velocidade
odo simplificado e
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).
ra Vcol1.
ado da simula com veículo ão (Vcol10).
a Vcol10.
avançado B ção. Este fact omento produz micos.
entes métodos m colisões front
ma relação entr e de colisão
e as rado de isão as as Mv, o. A
cos. velo, rme ação assa ação o de
dão to é zido
s de tais. re a dos e:= Vp tim Sim L:= k:= h:= dsy sin h*( t, t) t))^ t))) 9.8 init D( dso me Xte Vte Vro Sfa Vv Vp Sar Sto Re [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] =0.12-0.006*V proj:=((Mv)/(M mp:=0.056; mpact:=Vproj* =1.45; =(0.23)*L; =L/2; ys1:={((9.81*h n(f(t)))*(-h*(dif (diff(f(t), t))^2* ))*sin(f(t))))+( ^2*cos(f(t)))=( )-(h*sin(f(t))*(d 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+ eferências
D P Wood, pedestrian co impact and p
J. Automobile E
MSC Softwa 2000. Autoridade “Principais in
Observatório de
SafetyNet, “T
Road Safety O
Aldman, B., Romanus, B. of lower leg impacts”,Int Injury conferenc
Raquel Santo
Pós Graduação
Évora, Fever Devine BJ,
Pharm, 8: 650
Wood, D. P. projection im
305, 2002. Lucchini, E.. kinematics a
col;
Mv+Mp))*(1+
*timp;
h*sin(f(t)))+(9. ff(f(t), t, t))*sin *cos(f(t)))+(h* (h*(0.58))*cos( (diff(f(t), t, t))* diff(f(t), t, t)))=
mpact, D(x)(0)
dsys1 union ini output=array([ 58360095493; 46013287423; 504713668296 po-Simpact; po; o-(0.58*Vv); f)^2/(2*0.58* +Sfallover+Sar
C K Simms, a ollisions: valid projection ", Pr Engineering, IM are, "Interactiv
Nacional d ndicadores de
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+e)*Vcol; .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) )=Vproj, f(0)= nit1, numeric, [0,0.01,…,0.49 66; *9.81); arrasto;
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cos(f(t)))+(h* (f(t)))*(-*(-h*(diff(f(t), (f(t), )*((diff(x(t), t, ))^2*cos(f(t))-=0, 9,]));
sh, " Vehicle– for pedestrian
Vol. 219 Part D:
ser’s manual",
a Rodoviária, e continente”,
008”,European
orp, O., and for the study car pedestrian
Biomechanics of
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