Resumo: Este trabalho apresenta uma nova abordagem computacional para a simulação da dinâmica multicorpos de sistemas ferroviários, modelando-os como elementos finitos, formulados em coordenadas nodais absolutas (FCNA). Visa a contribuir na superação de algumas limitações de abordagens tradicionais e aprimorar outros métodos mais recentes de modelagem da flexibilidade de via. O estudo foca a modelagem precisa da flexibilidade dos trilhos, considerando a geometria realista da seção transversal, grandes deformações e as propriedades mecânicas do material. Ao incorporar a FCNA em um sistema de dinâmica multicorpos, a tese explora a interação entre veículos ferroviários e a via, buscando maior precisão na análise de estabilidade, conforto, desgaste de componentes e outros aspectos dinâmicos. A metodologia inclui uma revisão abrangente da literatura, desenvolvimento de elementos de viga bidimensionais e tridimensionais e implementação computacional em Python/Cython. O modelo foi projetado para simular tanto grandes quanto pequenas deformações, permitindo validações contra resultados experimentais e modelos existentes na literatura. A pesquisa introduz um novo elemento de viga que elimina hipóteses simplificadoras sobre a deformação, adotando uma abordagem de mecânica do contínuo em vez de propriedades concentradas. Adicionalmente, os vetores de força foram deduzidos e linearizados para simulações eficientes em casos de pequenos deslocamentos. Os resultados destacam que a flexibilidade dos trilhos afeta significativamente a dinâmica veicular e detalha como o comportamento da via influencia diretamente a resposta dinâmica do veículo. Comparações com dados publicados em literatura confirmaram a eficácia do modelo proposto, evidenciando sua utilidade para análises detalhadas da interação veículo-via. Conclui-se que a abordagem apresentada oferece avanços substanciais para a engenharia ferroviária, permitindo simulações mais próximas das condições reais. As contribuições incluem a integração de elementos de trilhos flexíveis em sistemas multicorpos e a formulação detalhada de forças nodais para uso prático. Sugere-se a expansão de pesquisa futura para temas como desgaste, fadiga e modificadores de atrito, além de aplicação no desenvolvimento de projetos ferroviários otimizados. Este modelo é especialmente promissor para análises em contextos industriais, visando reduzir custos, aumentar a segurança e melhorar o desempenho das operações ferroviárias Ver menos

Abstract: This work presents a novel computational approach for simulating the multibody dynamics of railway systems, modeling them as finite elements formulated in Absolute Nodal Coordinate Formulation (ANCF). It aims to address limitations of traditional approaches and to enhance more recent methods for modeling track flexibility. The study focuses on accurately modeling track flexibility by considering the realistic geometry of the cross-section, large deformations, and the mechanical properties of the material. By incorporating ANCF into a multibody dynamics system, the thesis explores the interaction between rail vehicles and the track, aiming for greater precision in the analysis of stability, comfort, component wear, and other dynamic aspects. The methodology includes a comprehensive literature review, the development of two- and three-dimensional beam elements, and computational implementation in Python/Cython. The model was designed to simulate both large and small deformations, allowing validation against experimental results and existing models in the literature. The research introduces a new beam element that eliminates simplifying hypotheses about deformation, adopting a continuum mechanics approach instead of concentrated properties. Furthermore, the force vectors were fully derived and linearized to enable efficient simulations for small displacements. The results highlight that track flexibility significantly influences vehicle dynamics and detail how track behavior directly affects the vehicle's dynamic response. Comparisons with published data confirmed the effectiveness of the proposed model, underscoring its utility for detailed analyses of vehicle-track interactions. The study concludes that the proposed approach offers substantial advances in railway engineering, enabling simulations that better reflect real-world conditions. Contributions include the integration of flexible track elements into multibody systems and the detailed formulation of nodal forces for practical use. Future research is suggested in areas such as wear, fatigue, friction modifiers, and applications in optimized railway project development. This model is particularly promising for industrial applications, aiming to reduce costs, enhance safety, and improve the performance of railway operations Ver menos