Otimização paramétrica da balança inferior dianteira de um protótipo Baja a partir de cargas obtidas por simulação computacional

Abstract

Devido à necessidade de aumento de performance para que se obtenha a cada novo ano um melhor desempenho dinâmico do protótipo da modalidade BAJA e consequentemente uma melhor colocação dentro das competições SAE de âmbito regional e nacional, são necessários estudos de engenharia que otimizem as funcionalidades do carro. Dentre os parâmetros que mais afetam o desempenho de um automóvel de competição está a massa do mesmo. Por conta disto e de ser um componente considerado superdimensionado no protótipo atual, a suspensão é o item cuja massa tem maior potencial de redução. Para tanto, precisam ser avaliados os esforços e as condições de contorno aplicadas ao sistema. Sendo assim, faz-se necessária a obtenção destes parâmetros através de softwares de simulação de dinâmica veicular. São utilizados cálculos de dinâmica nos componentes do carro a partir da montagem do sistema, de forma a se obter as cargas aplicadas. Após obtenção destes dados, pode-se fazer uma simulação através de métodos de elementos finitos para que se parametrize a espessura e diâmetro do perfil tubular utilizado para fabricação para cada material utilizado pela equipe Tchê. Esperava-se obter uma geometria otimizada de perfil, com a menor massa possível e consequentemente alcançando maior desempenho do veículo. Foram obtidas reduções de massa de 16,04% para os aços SAE 1008 e SAE 8620, utilizando perfil tubular de 1” de diâmetro e 1,5 mm de espessura de parede e de 18,54% para o aço SAE 4130 com perfil de ¾” de diâmetro e 2 mm de espessura.

Due the need of performance increasement for a BAJA prototype to have a better dynamic behavior and consequently end up in a better position in the SAE regional and national championship, engineering projects are needed to optimize the car’s functionalities. Among the parameters which affect an automobile’s performance the mass is listed. Because of that and for being considered oversized in the current prototype, the suspension is the item whose mass has the biggest reduction potential. For the optimization to happen, the stresses and the boundary conditions applied to the system need to be evaluated. Hence, computational vehicle dynamics analysis is needed in order to obtain these parameters. Dynamics calculations are done for the car’s components in the suspension assembly so the applied loads can be acquired. After obtaining the data, a finite elements analysis can be made to parameterize the tubular profile thickness and diameter for each design material available. An optimized profile geometry with the lowest possible mass was expected, achieving a better vehicle performance. The mass reductions achieved are 16,04% for the SAE 1008 steel and SAE 8620 steel, using a 1” diameter and 1,5 mm wall thickness tubular profile, while the reduction was 18,54% for the SAE 4130 steel, using a ¾” diameter and 2 mm wall thickness tubular profile.