Otimização topológica orientada à fabricação por usinagem da manga de eixo dianteira de um veículo de fórmula SAE elétrico

Abstract

Este estudo aborda uma otimização estrutural topológica de uma manga de eixo dianteira, para aplicação no veículo de Fórmula SAE elétrico da equipe e-Power UFRGS, a ser fabricada em alumínio 7021, material comumente utilizado neste tipo de veículo por sua fácil usinabilidade, baixo custo e alta resistência mecânica. A projeto tem como objetivo principal reduzir a massa do componente sem comprometer sua capacidade de suportar os esforços mecânicos típicos das condições de pista em competição. A abordagem metodológica incluiu a modelagem inicial da peça, seguida pela análise estrutural estática com o Método dos Elementos Finitos (MEF) e pela aplicação de técnicas de Otimização Estrutural Topológica, visando uma distribuição mais eficiente do material no componente. Os resultados obtidos indicaram uma diminuição de aproximadamente 51% na massa da peça, mantendo os requisitos de rigidez e resistência. Além disso, na otimização se considerou a viabilidade de fabricação do componente através do processo de fabricação por usinagem, a fim de atender as necessidades da equipe e-Power UFRGS

This study addresses the topological structural optimization of a front upright for application in the electric Formula SAE vehicle of the e-Power UFRGS team. The upright is designed to be manufactured using aluminum 7021, a material commonly used in such vehicles due to its easy machinability, low cost, and high mechanical strength. The main goal of the project was to reduce the component's mass without compromising its ability to withstand typical mechanical loads experienced under racing conditions. The methodological approach included initial modeling of the part, followed by static structural analysis using the Finite Element Method (FEM) and the application of Topological Structural Optimization techniques to achieve a more efficient material distribution in the component. The results showed a reduction of approximately 51% in the component's mass while maintaining rigidity and strength requirements. Furthermore, the optimization process considered the feasibility of manufacturing the component through machining to meet the needs of the e-Power UFRGS team