As principais linhas que descrevem as pesquisas atualmente desenvolvidas no Laboratório Ferroviário do DSI-FEM-UNICAMP são apresentadas aqui. Embora sejam linhas com objetivos definidos, não são independentes. É possível observar que seus objetivos têm sobreposição e, por isso, o conhecimento e os resultados obtidos são compartilhados entre as diversas linhas. De fato, a maioria dos projetos desenvolvidos têm atividades em mais de uma das linhas apresentadas. Tais linhas são:
Dinâmica de Veículos Ferroviários
Vagões ferroviários e carros de passageiros trafegam sobre linhas férreas. Como decorrência das interações nos contatos entre as rodas e trilhos, ao longo da via os vagões se movimentam durante o trajeto, em todas as direções. Tal movimentação é esperada, mas ela não pode ser tão intensa que cause descarrilamentos ou desgastes significativo. Estudar o comportamento dinâmico dos veículos ferroviários visando otimizar a operação e a manutenção é o objetivo dessa linha. As principais atividades previstas incluem o desenvolvimento de modelos dinâmicos de veículos, o estudo das condições limites de operação, o desenvolvimento de simuladores virtuais para uso em análise e treinamento, além de novos projetos de vagões para usos específicos.
Comportamento Dinâmico de Composições Ferroviárias
O Brasil está entre os países que possuem as mais longas composições ferroviárias de carga e com veículos com as mais altas cargas (“Heavy Haul”). Nessas condições, os esforços que são transmitidos ao longo da composição, como os de tração e frenagem, podem variar significativamente. Assim, é importante avaliar tais esforços e desenvolver estratégias para minimizá-los. Além disso, o conhecimento do comportamento dinâmico das composições permite desenvolver formas de condução mais adequadas, visando segurança e economia de combustível, além de permitir a análise do efeito de novas configurações na distribuição de vagões e novos projetos de vagões. O objetivo dessa linha de pesquisa é desenvolver modelos dinâmicos para representar a composição, visando a segurança, vida útil dos componentes, economia e estabilidade dos veículos.
Ferramentas de Inteligência Artificial para Engenharia Ferroviária
Esta linha de pesquisa tem como objetivo a análise de dados e aplicação de ferramentas de aprendizado de máquina para emprego na Engenharia Ferroviária. Dados de medição em campo são obtidos e agrupados, de forma que seja possível obter relações de causa e efeito, que partam da operação e das ações de manutenção convencionais para a definição da vida resultante de componentes em serviço, da eficiência energética da operação, e da segurança. Por fim, aplicam-se técnicas de inteligência artificial para tomada de decisões relacionadas a manutenção e segurança; otimizando os procedimentos operacionais da ferrovia.
Desenvolvimento de Modelos para Vida em Fadiga de Componentes Ferroviários
Componentes ferroviários podem sofrem cargas significativas devidos ao movimento. Em especial, o contato roda-trilho é uma região onde cargas elevadas se distribuem uma pequena superfície e causam tensões de grande magnitude. Os esforços são obtidos da dinâmica dos veículos e as tensões podem ser calculadas por métodos numéricos já bastante conhecidos, mas a forma que tais tensões atuam sobre os materiais ainda é alvo de estudos. Esta linha de pesquisa tem como objetivo desenvolver e validar novos modelos de vida sob carregamentos variados, para que possam ser aplicados na avaliação dos diversos componentes de um veículo ferroviário e da via. Em especial, além das rodas e trilhos, os modelos devem ser capazes de representar o comportamento em truques, conjuntos de conexão, aparelhos de choque e tração, estruturas do vagão e de via e outros.
Estudo e Avaliação do Desgaste em Componentes Ferroviários
Os componentes ferroviários estão sugestões a diferentes modos de falha, entre eles o desgaste e a fadiga. Para a situações nas quais o desgaste é a falha esperada, é necessário desenvolver modelos de previsão que representem o adequadamente comportamento e possam ser utilizados para estudos sobre novos projetos e novas estratégias de manutenção. O objetivo dessa linha de pesquisa é estudar e aplicar os modelos de desgaste adequados para o uso para os componentes ferroviários, visando permitir a previsão do desempenho destes em serviço e o aprimoramento da qualidade dos materiais ferroviários.
Avaliação não destrutiva de Tensões
Medir tensões residuais e aplicadas representa um desafio, quando é necessário empregar métodos não destrutivos de inspeção. Para tensões aplicadas, extensômetros são adequados, mas só podem ser usados em um local. Para tensões residuais, as técnicas usuais requerem a destruição total ou parcial do componente inspecionado, quase sempre inviabilizando-o para o serviço. Técnicas não destrutivas, como os Raios-X e Difração de Nêutrons, possuem grandes limitações para uso em campo. Técnicas ultrassônicas são viáveis para o emprego com diversos componentes estruturais. A UNICAMP desenvolveu e patenteou a aplicação da técnica de ondas Lcr para medição de tensões em rodas ferroviárias e desenvolve pesquisas para sua aplicação em outros componentes, como trilhos e juntas soldadas. O objetivo dessa linha de pesquisa é desenvolver técnicas ultrassônicas para a medição de tensões em componentes estruturais e empregar este resultado para definir parâmetros de segurança mensuráveis que permitam ao inspetor decidir sobre a manutenção destes em serviço.
Desenvolvimento de Sensores Autônomos
Esta linha de pesquisa tem como objetivo desenvolver sensores que tenham autonomia quanto à energia, através da de coletores “Energy Harvesting”. O trabalho foca na captura de energia gerada pela vibração de sistemas. Tais sensores são capazes de medir as próprias vibrações, temperaturas, tensões, deslocamentos e outras variáveis de interesse. Tal estratégia deverá permitir que sejam criados sistemas totalmente autônomos, capazes de monitorar grandes instalações, com custo reduzido e confiabilidade adequada.