Otimização estrutural de uma manga de eixo para um veículo de fórmula SAE

Abstract

Veículos de competição como um Fórmula SAE devem priorizar performance durante o projeto de seus componentes, logo, redução do peso estrutural é sempre um item importante de projeto. As mangas de eixo são peças que compõem parte da massa não suspensa de um veículo, influenciando significativamente na performance dinâmica e dirigibilidade do veículo. Com a motivação de reduzir o valor da massa não suspensa e, por consequência, do veículo como um todo, é realizada uma otimização estrutural. Primeiramente, são coletadas informações do veículo já fabricado, bem como são definidas as condições de contorno para a análise. Os carregamentos são obtidos usando duas técnicas distintas, fixando a manga ao resto da suspensão e outra aplicando as cargas externas na roda do veículo. Na sequência, tais informações são inseridas em um software do tipo CAE, que retorna uma geometria otimizada. Após a remodelagem dessa geometria, o programa é realimentado para validação da nova geometria. Ao final desse processo iterativo, é obtida uma geometria aplicável para uso no veículo, onde um critério de resistência mecânica equivalente é considerado. Como resultados da metodologia aplicada nesse trabalho foi possível se obter uma redução de aproximadamente 48% da massa inicial da geometria não otimizada.

Formula SAE vehicles should prioritize performance while the parts are still being designed, therefore, mass optimization is always relevant. Uprights are parts that compose the unsprung mass of a vehicle, having significant influence on the given vehicle’s dynamic performance and drive ability. With the unsprung mass reduction motivation, and, by consequence, the whole vehicle mass reduction, a topology optimization of the given part will be performed. First there will be collected data from the already built vehicle, as well as the boundary conditions for the analysis. The loads are obtained using two different techniques, Restraining the upright to the rest of the suspension and the other by applying the external loads to the vehicle wheel. Secondly, this data will be inserted in a CAE type Software, which will return an optimized geometry. After remodeling this geometry, the program will be feed again with the data to perform the geometry validation. By the end of this iterative process, an applicable to use geometry will be obtained. As part of the results of the applied methodology on this work, it was obtained a reduction of approximately 48% of the original non optimized geometry mass.