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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38097
Título: | Análise dinâmica computacional de um modelo de quarto de carro com mola pneumática |
Título(s) alternativo(s): | Computational dynamic analysis of a quarter car model with air spring |
Autor(es): | Gonçalves, Pedro Augusto Miranda |
Orientador(es): | Piccirillo, Vinícius |
Palavras-chave: | Automóveis - Molas e suspensão Automóveis - Dinâmica Controle pneumático Simulação (Computadores) Indústria automobilística Automobiles - Springs and suspension Automobiles - Dynamics Pneumatic control Computer simulation Automobile industry and trade |
Data do documento: | 4-Jul-2025 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Ponta Grossa |
Citação: | GONÇALVES, Pedro Augusto Miranda. Análise dinâmica computacional de um modelo de quarto de carro com mola pneumática. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2025. |
Resumo: | A crescente demanda por conforto, estabilidade e segurança impulsionou o desenvolvimento de sistemas de suspensão veicular mais avançados, especialmente em veículos pesados, onde as exigências dinâmicas são críticas. Nesse contexto, o presente trabalho realiza uma análise dinâmica e computacional do modelo de quarto de carro equipado com mola pneumática. A pesquisa fundamenta-se na teoria de vibrações mecânicas e emprega o método de Runge- Kutta de quarta ordem para a solução das equações diferenciais que descrevem a dinâmica vertical do sistema. O modelo matemático incorpora as não linearidades inerentes ao comportamento da mola pneumática, considerando tanto a variação do volume e área efetiva com o deslocamento quanto o processo termodinâmico politrópico do ar comprimido. A força restauradora é formulada a partir dos princípios da termodinâmica dos gases, enquanto o amortecimento é tratado de forma a refletir as contribuições hidropneumáticas do sistema. A análise numérica permite investigar a resposta do sistema considerando uma excitação harmônica (que emula a excitação do solo) possibilitando a avaliação do deslocamento das massas suspensa e não suspensa, das acelerações verticais e da transmissibilidade de vibrações. Os resultados obtidos mostram que a mola pneumática apresenta rigidez progressiva e capacidade de adaptação dinâmica, promovendo maior conforto e estabilidade, considerando irregularidades de pista. Por fim, o estudo reforça a importância da modelagem precisa e da análise computacional para o projeto e otimização de suspensões veiculares modernas. Os dados obtidos servem de subsídio para a adoção de tecnologias mais eficientes no setor de transportes e contribuem para a formação de engenheiros capazes de enfrentar os desafios impostos pela mobilidade contemporânea. |
Abstract: | The growing demand for comfort, stability, and safety has driven the development of more advanced vehicle suspension systems, especially in heavy vehicles, where dynamic requirements are critical. In this context, the present study conducts a dynamic and computational analysis of a quarter-car model equipped with an air spring. The research is based on the theory of mechanical vibrations and employs the fourth-order Runge-Kutta method to solve the differential equations that describe the vertical dynamics of the system. The mathematical model incorporates the nonlinearities inherent of the air spring’s behavior, considering both the variation of volume and effective area with displacement and the polytropic thermodynamic process of compressed air. The restoring force is formulated based on the principles of gas thermodynamics, while damping is addressed in a manner that reflects the hydropneumatic contributions of the system. Numerical analysis enables the investigation of the system's response under harmonic excitation (emulating road surface excitation), allowing the assessment of the displacement of the sprung and unsprung masses, vertical accelerations, and vibration transmissibility. The results obtained show that the air spring exhibits progressive stiffness and dynamic adaptability, providing greater comfort and stability under road irregularities. Finally, the study reinforces the importance of accurate modeling and computational analysis for the design and optimization of modern vehicle suspensions. The data obtained provides a foundation for the adoption of more efficient technologies in the transportation sector and contributes to the training of engineers capable of addressing the challenges posed by contemporary mobility. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38097 |
Aparece nas coleções: | PG - Engenharia Mecânica |
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