Análise da plasticidade de material aplicado a automóvel: estudo de um veículo compacto utilizando o modelo de Johnson-cook

Abstract

Com o advento dos ensaios de colisão frontal (crash tests), a evolução da segurança veicular é crescente. Apesar dos avanços nesta área, é grande o número de acidentes com vítimas. Neste sentido, são publicados atualmente diversos estudos na área da ciência dos materiais que constituem o chassi dos veículos, a fim de obter-se um aumento da segurança veicular e da Crashworthiness (capacidade de uma estrutura em proteger os seus ocupantes durante um impacto). Os modelos viscoelasto-plásticos são constantemente utilizados para descrever a relação tensão/deformação dos materiais, visando prever seu comportamento em situações práticas de uso como, por exemplo, a colisão de um veículo. Dentre eles, destaca-se o modelo de Johnson–Cook: um modelo empírico que busca prever o comportamento dos materiais no regime plástico. Para aprofundar-se nesta discussão, este trabalho utilizou-se de um exemplar de veículo compacto submetido à um ensaio de colisão crash test, doado pelo Sr. Alejandro Furas, da Latin NCap. Por meio do desmonte dos subsistemas do veículo retirou-se a longarina frontal, permitindo o recorte de corpos de prova para realizar ensaios de tração, necessários a encontrar as constantes do modelo de Johnson–Cook. Os resultados dos ensaios e as constantes do modelo de J-C encontradas indicaram tratar-se de um aço de alta resistência e alto desempenho. Estas constantes podem auxiliar na melhoria das simulações computacionais envolvendo colisões veiculares. O desmonte do veículo também possibilitou a realização das medições do chassi e compará-las com a referência via software, que gerou coordenadas tridimensionais. Realizou-se uma comparação com outro veículo que obteve uma pior classificação no ensaio de colisão frontal (nota zero). Os maiores deslocamentos estruturais registrados foram: 255 milímetros ao longo do eixo X e 141,4 milímetros ao longo do eixo Z. Estes valores, obtidos empiricamente por meio de um equipamento de medição específico, podem ser utilizados para validar simulações computacionais. Foram encontradas evidências de maior eficiência da estrutura em dissipar a energia proveniente da colisão frontal, deformando menos pontos referentes ao habitáculo, em comparação com o outro veículo. Estes resultados indicam uma correlação entre o tipo de material aplicado nas longarinas e o desempenho do veículo em colisões frontais.