Otimização do braço inferior da suspensão dianteira do veículo Baja utilizando o método dos elementos finitos

Abstract

Mass reduction coupled with the mechanical performance in service has been the goal of many projects related to the transport area, considering the advantages that mass reduction can bring. However, make a simple material substitution without design a new geometry to corroborate for the best component performance, often makes the replacement unviable. In this study, it was investigated the advantages of replacing the prototype BAJA SAE front suspension lower arm of Equipe Piratas do Vale de BAJA SAE - Universidade Paulista, Campus Guaratinguetá, actually produced with steel, for a new component made of carbon fiber composite. The new geometry has been developed to provide the best possible performance for this component and your easy manufacturing. The study was done using the 3D modeling tools and computer simulations via finite element method. The first stage of this work consisted on calculation of the estimated maximum contact force tire / soil in a prototype landing after jump at one meter high, drop test in the laboratory with the current vehicle, current front suspension lower arm 3D modeling, finite element simulation and analysis of critical regions. After all current component analysis, a new geometry for the part in study was designed and simulated in order to reduce the component mass and provide a technological innovation using composite materials. With this work it was possible to obtain a theoretical component mass reduction of 25,15% maintaining the mechanical strength necessary for the appropriated component performance when incited

Redução de massa aliada ao desempenho mecânico em serviço tem sido o objetivo de muitos projetos ligados a área de transporte, visto às inúmeras vantagens que a redução de massa traz. No entanto, a simples substituição do material, sem a elaboração de uma nova geometria que corrobore para o melhor desempenho do componente, muitas vezes torna a substituição inviável. Neste trabalho, foi investigada a vantagem da substituição do braço inferior da suspensão dianteira do protótipo BAJA SAE da Equipe Piratas do Vale de BAJA SAE da Universidade Paulista, Campus Guaratinguetá, atualmente produzida em aço, por um novo componente feito em compósito de fibras de carbono. A nova geometria foi desenvolvida visando atingir o melhor desempenho possível para o componente, além da facilidade de manufatura. O estudo foi feito utilizando as ferramentas de modelagem 3D e simulações computacionais via método dos elementos finitos. A primeira etapa deste trabalho consistiu na realização dos cálculos estimativos da força máxima de contato pneu/solo considerando a aterrissagem do protótipo após o salto de um metro de altura, ensaio de drop test em laboratório com o veículo atual, modelagem 3D do braço inferior de suspensão dianteira atual, simulação em elementos finitos do modelo e análise das regiões críticas. Após todas as análises do componente atual, uma nova geometria para a peça em estudo foi projetada e simulada visando à redução em massa do mesmo aliado a inovação tecnológica na utilização de materiais compósitos. Com a realização deste trabalho foi possível obter uma redução de massa do componente em 25,15%, mantendo a resistência mecânica necessária para o bom desempenho do componente quando solicitado