análise estrutural de um mini baja

Introduo (Quem; O que; Como, Por que; Quando, Onde; Quanto)

Relatrio da Equipe Bajara

IntroduoA Equipe Bajara da Universidade Federal do Oeste do Par, localizada em Santarm Par- Brasil, realizou simulaes de diversas situaes que poderiam ocorrer, utilizando o software Ansys, na execuo de seu projeto de construo de um veculo off-road. O propsito geral participar da 22 Competio Baja SAE Brasil na cidade de So Jos dos Campos- SP Brasil. O Chassi em formato de gaiola do veculo foi o objeto de estudo.

A gaiola a estrutura sustentadora de todos os subsistemas do veculo. Responsvel tambm por proteger a vida do piloto para condies especficas de impacto. Uma estrutura com essa finalidade deve deformar-se e romper-se antes de transferir a energia de eventuais cargas sofridas para os subsistemas e em ltimo caso ao piloto.

ObjetivosSimular a resposta da estrutura do Chassi do veculo off-road nas seguintes situaes: anlise modal de corpo livre e corpo rgido do chassi; anlise modal para a identificao de frequncias cortantes ou que fadiguem pontos importantes da estrutura com as soldas quando o veculo trafegar por terrenos irregulares; comportamento do chassi quando sujeito a colises frontais e laterais; comportamento do chassi em capotamentos.

VocabulrioO seguinte vocabulrio ser adotado:Rear Roll Hoop (RRH) ;Roll Hoop Overhead members (RHO);Lower Frame Side members (LFS) ;Front Bracing members (FBM) ;Lateral Cross Member (LC) ou (FLC);

Figura 1: nomes dos tubos do chassi.

Modelo de anlise

Figura 2: modelo de chassi feito em um programa desenho assistido por computador(sigla em ingls CAD).Figura 3:foto do modelo real.

Figura 4: detalhes da geometria usada no ANSYS.Figura 4: .detalhes das demais massas(piloto, motor e sistema de direo) que fazem parte da estrutura.

Figura 5: sobre a malha aplicada na geometria.

Figura 5: unidades de medida adotadas.

O material do chassi: ao SAE 1020Tabela 1: detalhes do material dos tubos de ao do chassi.

Anlise moda de corpo livre

Frequncia(Hz) As seis primeiras frequncias so zero. Isso significa que o Ansys no teve problemas para reconhecer a geometria.

Figura 6: As seis primeiras frequncias so zero na anlise modal corpo livre.Tabela 2: doze primeiras frequncias naturais da estrutura.

Anlise modal de corpo rgido

Vista geral

Figura 7: seis primeiros modos de vibrar quando a estrutura est presa onde seria o sistema de suspenso.Tabela 3: seis primeiras frequncias do corpo rgido.

52,094 HzFrequncia de toro capaz de causar fadigas nas juntas do Roll Hoop Overhead members(RHO) com os Laterais Cross Members (LC)

Clique na imagem para animar

71,743 Hz

Frequncia de toro capaz de causar fadigas nas juntas do Lower Frame Side members (LFS) com Under seat member (USM).


76,859Hz

Frequncia de toro capaz de causar fadigas nas juntas do Lower Frame Side members (LFS) com Under seat member (USM) , mas com maior intensidade e envolvendo mais partes da estrutura.


90,001Hz

Frequncia de toro capaz de causar fadigas nas juntas do Roll Hoop Overhead members (RHO) fazendo com que haja fadigas nas soldas dessa parteda estrutura dissipando tambm parte da energia para demais regies da gaiola.


132,4Hz

Frequncia de toro capaz de causar fadigas nas juntas da parte traseira da estrutura onde ficam o motor e o tanque de combustvel transmitindo at os Roll Hoop Overhead members(RHO).


146,6Hz

Frequncia de toro capaz de causar fadigas nas juntas dos Roll Hoop Overhead members(RHO).


Static structural analysis

Isso vlido para as anlises do capotamento e colises.Figura 8: detalhes da anlise esttica estrutural.

CapotamentoAs foras aplicadas na estrutura foram calculadas com base na massa do veculo segundo a adr59 do protocolo australiano para: carga frontal; carga lateral; carga vertical. Todas estas aplicadas ao LateralCross-Member (LC) frontal superior. A escolha do elemento deve-se a esta ser a parte menos resistente da estrutura a receber as cargas devido a um possvel capotamento. A hiptese adotada para o valor das tenses escolhidas baseia-se nas provveis velocidades desenvolvidas pelo veculo nas condies da competio possibilitando deduzir a altura de salto com este passa por uma rampa em sua velocidade mxima e consequentemente fora de impacto com o solo.

Carga frontal5880N

Detalhes da aplicao da foraRelao tempo(s) Vs Fora(N)

A figura anterior e a animao acima mostram as deflexes. Observa-se na estrutura que o ponto de deflexo mxima no Lateral Cross-member (LC) superior, exato local de aplicao da fora frontal de capotamento. possvel notar tambm que a deformao maior nos tubos Roll Hoop Overhead members(RHO). As deformaes apresentadas esto dentro dos limites de segurana e conforto da SAE-BRASIL de 150 mm. As maiores deflexes so observadas nos Front Bracing members (FBM).


4440N


A figura anterior mostra o contorno das deflexes. Os limites de deflexes esto dentro daqueles recomendados pela SAE (150 mm) e adr59 (100mm).A amplitude de tais deslocamentos comea a causar a aplicaes de foras indesejadas ao piloto, no sendo ,entretanto, perigosa.


11760N


A figura mostra o contorno das deflexes. Os pontos de maior deflexo so LC e RHO. A amplitude de deslocamento mostra conforto e ausncia de perigo para o piloto.


Foras de coliso As foras de coliso apresentadas no modelo foram estimadas com base na taxa de variao do momento linear. A massa utilizada foi a do veculo com todos os seus subsistemas sendo esta de aproximadamente 250 kg.A velocidade utilizada foi de 60 km/h, a mxima em que os efeitos da resistncia do ar ainda so desprezveis.

249000N249000N


Esta fora foi estimada quando o veculo est em linha reta e com velocidade mxima (60 km/h) . A figura mostra o contorno das deflexes. A deflexo maior no Front Bracing Members (FBM) e se propaga para a parte de trs da estrutura diminuindo em amplitude medida que avana. Seu valor mximo est dentro dos limites de segurana e conforto.


249000N


As figura anterior mostra o contorno das deflexes. As deflexes mximas mostram que o limite de segurana no ultrapassado, mas boa parte da energia do impacto ainda ser transmitida ao piloto.


ConclusesAs anlises modais de corpo livre e corpo rgido mostram claramente que a estrutura construda est sujeita a vibraes que podem desgastar rapidamente seus pontos de solda quando o veculo operar nas condies exigidas a longo prazo. Esse problema ser resolvido mudando-se a geometria da gaiola colocando tubos adicionais para amortecer tais frequncias.As hipteses de coliso e capotamento adotadas so a piores possveis que a equipe foi capaz de identificar. As simulaes mostram que mesmo nessas situaes a integridade fsica do piloto ser protegida embora o chassi possa sofrer danos irreversveis. Os prximos passos sero transformar o veculo gradativamente em um equipamento agrcola capaz de atender pequenos produtores que no necessitam de mquinas muito grande, mas ao mesmo tempo no podem mais utilizar ferramentas manuais. Para isso os requisitos de projeto sero mais robustos para serem capaz de especificar uma mquina que, como no projeto inicial, seja capaz de andar por terrenos extremamente acidentados e cheios e obstculos e consiga puxar cargas pesadas.

FontesAnsys Costumer Portal(tutoriais sobre o ANSYS). Disponvel em Vehicle Standard (Australian Design Rule59/00 Standards For Omnibus Rollover Strength) 2007. Disponvel em : < https://www.legislation.gov.au/Details/F2012C00535 > REGULAMENTO BAJA SAE BRASIL CAPTULO 7 REQUISITOS MNIMOS DE SEGURANA.Disponvel em: < http://www.saebrasil.org.br/eventos/ProgramasEstudantis/site/baja2011/Arquivos/RBSB%207%20-%20Requisitos%20Minimos%20de%20Seguranca%20-%20Emenda%202.pdf >

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