Análise estrutural de sobrechassi modular para guindastes articulados - Pagliarin, Carlos Eduardo Gazzola (My University, 2025)
Knuckle Boom Cranes can be installed on the body of cargo vehicles, but these structures are not originally designed to withstand the additional stresses generated during load lifting. To mitigate this problem, metal structures are installed on the vehicle chassis, designed to absorb the forces exerted by the crane. The main functions of the subframe used in crane installation are to protect the vehicle chassis and increase the rigidity and stability of the assembly. The main challenge to be overcome in the development of new subframe is the need to accommodate large cranes while maintaining a low beam profile height for better use of the cargo body. This work deals with the structural verification process of a modular subframe assembly with reduced height for large cranes. Three structural analysis methods were used: (1) Analytical calculations performed in accordance with standard EN12999. In this stage, initial results were obtained for the maximum stress acting on the assembly, allowing the LNE 380 material to be determined for the manufacture of the assembly; (2) analysis of the initial finite element method, with the modeling of the subframe together with the auxiliary components of the assembly, such as the chassis, stabilizers, and an initial representation of the vehicle suspension. Through the use of simplifications such as modeling components with Beam and Shell elements, results were obtained regarding the theoretical behavior of torsions and stresses acting on the assembly during equipment operation; (3) Experimental tests on the proposed superstructure assembly, with the application of strain gauges and load cells to collect data at points defined by the stress results found in the numerical model. The process was completed with new analyses of the finite element method in the model updated according to experimental tests, evaluating the possibility of using simplifications to improve the performance of the numerical model for application in future projects. The results found during analytical calculations and experimental tests present favorable conditions for the application of the proposed superstructure, obtaining safety factors above those required by the standard, which are used for the structural approval of the component. The stress results obtained in the numerical analyses showed good convergence with the experimental data in cases of loading that predominantly generate bending in the structure. However, as the loads promoted flexural-torsional effects on the structure, the numerical results began to diverge from the experimental ones. This indicates that the numerical model and its boundary conditions should be revised in future work to improve the convergence of results. [resumo fornecido pelo autor]
Guindastes articulados podem ser instalados na carroceria de veículos de carga, porém essas estruturas não são originalmente projetadas para suportar os esforços adicionais gerados durante a elevação de carga. Para mitigar esse problema, são utilizadas estruturas metálicas, instaladas sobre o chassi do veículo, desenvolvidas para absorver os esforços do guindaste. O Sobrechassi, utilizado na instalação de guindastes, possui como funções principais a proteção do chassi do veículo e o aumento da rigidez e estabilidade do conjunto. O principal desafio a ser superado no desenvolvimento de novos sobrechassis é a necessidade em atender guindastes de grande porte, mantendo a altura do perfil de viga reduzida para o melhor aproveitamento da carroceria de carga. Este trabalho trata do processo de verificação estrutural de um conjunto sobrechassi modular com altura reduzida para guindastes de grande porte. Foram utilizados três métodos de análise estrutural: (1) cálculos analíticos realizados conforme norma EN12999. Nesta etapa foram obtidos resultados iniciais de tensão máxima atuante no conjunto, permitindo determinar o material LNE 380 para a fabricação do conjunto; (2) análise do método de elementos finitos inicial, com o modelamento do sobrechassi juntamente com os componentes auxiliares do conjunto, como o chassi, estabilizadores e uma representação inicial da suspensão do veículo. Através do uso de simplificações como modelamento de componentes com elementos do tipo Beam e Shell, obtiveram-se resultados referentes ao comportamento teórico de torções e tensões atuantes no conjunto, durante operação do equipamento; (3) testes experimentais no conjunto de sobrechassi proposto, com a aplicação de Strain Gauges e células de carga para a coleta de dados em pontos definidos através dos resultados de tensão encontrados no modelo numérico. Finalizou-se o processo com novas análises do método de elementos finitos no modelo atualizado conforme testes experimentais, avaliando a possibilidade do uso de simplificações para melhorar o desempenho do modelo numérico para aplicação em futuros projetos. Os resultados encontrados durante os cálculos analíticos e os testes experimentais apresentam uma condição favorável para a aplicação do sobrechassi proposto, ao obterem-se fatores de segurança acima do solicitado em norma, sendo utilizados para a aprovação estrutural do componente. Os resultados de tensões obtidos nas análises numéricas apresentaram boa convergência em relação aos dados experimentais nos casos de carregamento que geram predominantemente flexão na estrutura. Entretanto, à medida que as cargas promoveram efeitos de flexo-torção da estrutura, os resultados numéricos passaram a divergir dos experimentais. Isso indica que o modelo numérico e suas condições de contorno devem ser revisados em trabalhos futuros para melhorar a convergência de resultados. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Análise estrutural (Engenharia); Guindastes, etc.; Método dos elementos finitos; Engenharia mecânica