concepÇÃo de estrutura de quadriciclo a pedal desenvolvido e analisado no catia v5

ETEP - FACULDADE DE TECNOLOGIA

DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

CONCEPÇÃO DE ESTRUTURA DE QUADRICICLO A PEDAL

DESENVOLVIDO E ANALISADO NO CATIA V5

Carlos Pedro David Filho

Trabalho de Conclusão de Curso de Bacharelado em Engenharia Industrial Mecânica,

orientado pelo Eng. M.Sc. Domingos Sávio Raimundo Júnior.

ETEP Faculdades

São José dos Campos

2013

ETEP - FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

CONCEPÇÃO DE ESTRUTURA DE QUADRICICLO A PEDAL

DESENVOLVIDO E ANALISADO NO CATIA V5

Carlos Pedro David Filho

_____________________________ _____________________________

Domingos Sávio Raimundo Júnior Washington Luiz dos Santos

ETEP Faculdades

São José dos Campos

2013

3

“Eu não tenho ídolos. Tenho admiração por trabalho, dedicação e competência.”

Ayrton Senna

4

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à Deus, tanto pela saúde, como também pela capacidade de me

desenvolver tecnicamente, realizando além de trabalhos, conceitos e experiências que serão

levados por toda vida.

Sou totalmente grato à minha mãe Maria Eugênia Bassi, ao meu irmão Carlos Wallace David

e também a toda família Bassi, pelos conselhos, carinho, amor e compreensão, além da

educação que eles me deram.

Agradeço também a instituição ETEP FACULDADES e aos professores, por me formar um

profissional tecnicamente preparado para enfrentar desafios no atual mercado de trabalho

competitivo.

5

RESUMO

Este trabalho de conclusão de curso consiste na elaboração e criação da estrutura primária de

um quadriciclo a pedal para uso adulto, a ser desenvolvido e analisado pelo software CATIA

V5R20, projetado para resistir aos carregamentos aplicados.

Para obter maior confiabilidade e segurança, foram aplicados os conceitos de engenharia

como resistência dos materiais, selecionando material e perfis variados, além dos itens de

fixação garantindo a união dos elementos.

Através de análise pelo método de elementos finitos verificou as flexões (em regime linear-

elástico) realizadas em cada aplicação de cargas, propondo um novo perfil mais resistente,

evitando a quebra do chassi. Sendo assim, fatores de segurança e simulações foram realizados

para garantir a qualidade.

Palavras Chave: Quadriciclo a pedal; Estrutura; Chassi; Catia V5, Elementos Finitos

6

SUMÁRIO

Pág.

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 8

LISTA DE TABELAS ................................................................................................................ 10

LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................................. 11

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 12

1.1 OBJETIVO DO TRABALHO ........................................................................................... 14

1.2 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................... 14

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA....................................................................................... 15

2.1 RESISTÊNCIA DOS MATERIAS .................................................................................... 15

2.1.1 CONCEITOS DE TENSÃO DEFORMAÇÃO .................................................................. 15

2.1.2 DIAGRAMA TENSÃO DEFORMAÇÃO CONVENCIONAL ........................................ 17

2.1.3 LEI DE HOOKE ................................................................................................................. 18

2.1.4 DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA DOS METAIS ........................................... 18

2.1.5 FATOR DE SEGURANÇA ............................................................................................... 19

2.1.6 VIGAS E PERFIS FABRICADOS .................................................................................... 19

2.1 CONCEITOS DINÂMICOS E LEIS DE NEWTON......................................................... 20

2.1.1 PRIMEIRA LEI DE NEWTON ......................................................................................... 21

2.1.2 SEGUNDA LEI DE NEWTON ......................................................................................... 21

2.1.3 TERCEIRA LEI DE NEWTON ......................................................................................... 21

2.2 LIGAS METÁLICAS ........................................................................................................ 21

2.2.1 AÇOS -CARBONO ............................................................................................................ 22

2.3 MÉTODOS DOS ELEMENTOS FINITOS ....................................................................... 22

2.3.1 MALHA ............................................................................................................................. 23

2.3.2 ELEMENTOS SÓLIDOS .................................................................................................. 23

2.3.3 CRITÉRIO DE TENSÃO MÁXIMA VON-MISES .......................................................... 25

3 METODOLOGIA ................................................................................................................ 26

3.1 DESENVOLVIMENTO TRIDIMENSIONAL ................................................................. 26

3.1.1 ESQUELETO ..................................................................................................................... 27

7

3.1.2 CRIAÇÃO DA ESTRUTURA ........................................................................................... 30

3.1.3 DEFINIÇÃO DIMENSIONAL DA ESTRUTURA .......................................................... 32

3.1.4 ESCOLHA DO MATERIAL ............................................................................................. 33

3.2 ANÁLISE ESTRUTURAL ................................................................................................ 33

3.2.1 METODOLOGIA DOS ELEMENTOS FINITOS ........................................................... 34

3.2.2 DEFINIÇÃO DE RESTRIÇÕES ....................................................................................... 35

3.2.3 ESCOLHA DA MALHA ................................................................................................... 35

3.2.4 DEFINIÇÃO DE CARGAS ............................................................................................... 36

3.2.5 APLICAÇÕES DE CARGAS E SIMULAÇÃO POR COMPRESSÃO ........................... 38

3.2.6 SIMULAÇÃO 1 ................................................................................................................. 38

3.2.7 SIMULAÇÃO 2 ................................................................................................................. 38

3.2.8 SIMULAÇÃO 3 ................................................................................................................. 39

3.2.9 SIMULAÇÃO 4 ................................................................................................................. 40

3.2.10 SIMULAÇÃO 5 ............................................................................................................. 41

3.2.11 SIMULAÇÃO 6 ............................................................................................................. 41

3.2.12 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES .......................................................................... 42

3.2.13 MELHORIA DE PERFIL .............................................................................................. 43

3.2.14 ANALISE CRÍTICA E MELHORIA ............................................................................ 44

4 RESULTADOS ..................................................................................................................... 47

4.1 ANÁLISE DE TENSÃO COMPARTIVAS DOS CHASSIS ............................................ 47

4.2 DIMENSIONAMENTO FINAL DA ESTRUTURA ........................................................ 47

5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 50

GLOSSÁRIO .............................................................................................................................. 54

8

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1.1 – Quadriciclo a pedal “GoBoy-X2”. ....................................................................... 12

Figura 1.2 – Triciclo a pedal. ..................................................................................................... 12

Figura 1.3 – Triciclo Eco-táxi. ................................................................................................... 13

Figura 1.4 – Quadriciclo para oito pessoas. ............................................................................. 13

Figura 2.1 – (a) Tensão de tração, (b) Tensão de compressão, (c) Tensão de cisalhamento

e (d) Tensão de torção. ............................................................................................................... 16

Figura 2.2 – Diagrama tensão-deformação convencional e real para material dúctil

(aço). ............................................................................................................................................. 17

Figura 2.3 – Diagrama tensão-deformação Linear. ................................................................ 18

Figura 2.4 – Perfis composto de chapas ou perfis laminados. ................................................ 20

Figura 2.5 – Malha de um círculo. ............................................................................................ 23

Figura 2.6 - Elemento Tetraédrico Regular. ............................................................................ 24

Figura 2.7 - Elemento Tetraédrico Parabólico. ....................................................................... 24

Figura 3.1 – Software CATIA V5R20. ...................................................................................... 26

Figura 3.2 – Part Design. ........................................................................................................... 26

Figura 3.3 – Esqueleto Vista Isométrica (CATIA V5R20). .................................................... 27

Figura 3.4 - Esqueleto Vista Lateral (CATIA V5R20). ........................................................... 28

Figura 3.5 – Esqueleto Vista Superior (CATIA V5R20). ........................................................ 29

Figura 3.6 - Publicação (CATIA V5R20). ................................................................................ 29

Figura 3.7 – Criação do sólido. Árvore de parâmetros (à esquerda) e Aplicação de

parâmetro no perfil (à direita). ................................................................................................. 30

Figura 3.8 - Estrutura Chassi_1. ............................................................................................... 31

Figura 3.9 – Montagem. ............................................................................................................. 31

Figura 3.10 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Lateral. .............................. 32

Figura 3.11 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Superior. ........................... 32

Figura 3.12 – Biblioteca de Materiais – Aço (Steel)................................................................. 33

Figura 3.13 – Estrutura Chassi_1 pré-dimensionado. ............................................................ 34

Figura 3.14 - Generate Part Analysis Structure. ..................................................................... 35

9

Figura 3.15 – Restrições de movimento. Fixação (à esquerda) e Translação e Rotação (à

direita). ........................................................................................................................................ 35

Figura 3.16 - Malha Tetraedro Parabólico. ............................................................................. 36

Figura 3.17- Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 1). ........................ 38

Figura 3.18 - Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 2). ....................... 39





Figura 3.23 – Estrutura Chassi_2. ............................................................................................ 43

Figura 3.24 – Identificação das análises críticas e melhoria para o Chassi_3. ..................... 46

Figura 4.1 – Perfil de tubos definidos em Chassi_3. ................................................................ 49

Figura 5.1 – Montagem simulada de componentes. ................................................................ 50

10

LISTA DE TABELAS

Pág.

Tabela 2.1 – Principais tipos de aços usados em estruturas. .................................................. 22

Tabela 3.1 – Tensões Máximas nas simulações de Chassi_1. .................................................. 42

Tabela 3.2 – Tensões máximas comparativas de Chassi_1 e Chassi_2. ................................... 44

Tabela 3.3 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria) ............................ 45

Tabela 3.4 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria). ........................... 45

Tabela 3.5 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria). ........................... 46

Tabela 4.1 – Análise de Tensão Máxima comparativa (revisão final) ................................... 47

Tabela 4.2 – Dimensões definidas para Chassi_3. ................................................................... 48

Tabela 4.3 – Massa das estruturas desenvolvidas. ................................................................... 49

11

LISTA DE SÍMBOLOS

a = Aceleração;

E = Módulo de elasticidade ou modulo de Young;

0L = Comprimento de referência;

Fp = Força pedal do ciclista;

F1 = Força g ou gravitacional;

F2 = Força peso;

FS1 = Fator de Segurança para força-g;

FS2 = Fator de Segurança para força-peso;

m0 = Massa padrão do Adulto;

m1 , m2 = Massas Majoradas para do Adulto;

g = Aceleração da gravidade;

σVon Mises = Tensão de Von Mises;

σ = tensão normal;

ε = deformação de tração;

δ = variação no comprimento de referência

12

1 INTRODUÇÃO

O Quadriciclo a pedal visto na Figura 1.1, é um meio de transporte de propulsão

humana que possui quatro rodas, além de diversos componentes usados comercialmente em

bicicletarias, e são geralmente utilizado por duas, três ou até quatro pessoas.

Figura 1.1 – Quadriciclo a pedal “GoBoy-X2”.

Fonte: MESQUITA, 2008.

Similar ao modelo anterior, o triciclo, visualizado na Figura 1.2, é um veículo mais

popular e conhecido mundialmente, diferenciando apensar por este possuir três rodas, e não

quatro. (PEREIRA, 2011)

Figura 1.2 – Triciclo a pedal.

Fonte: PEREIRA, 2011.

13

No Brasil são utilizados como meio alternativo de transporte público em algumas

cidades turísticas, como na cidade do Rio de Janeiro e em Volta Redonda, visualizado na

Figura 1.3. Conhecido como Triciclo Eco-táxi (ou Táxi Ecológico), está em ascensão no

mercado nacional, pois além de preservar a natureza, pode ser usado em feiras, eventos e

exposições para locomoções rápidas, além de servir como espaço publicitário e divulgar

marcas, beneficiando o condutor como renda extra. (LEMES, 2008)

Figura 1.3 – Triciclo Eco-táxi.

Fonte: FERREIRA, 2008.

Na Europa e Japão existe há pelo menos 15 anos, conhecido como PediCabs, sendo

muito popular em grandes cidades como Barcelona, Berlim, Milão, Roma e Londres. Existem

diversos modelos, desde modelos individuais sem proteção, como também modelos maiores e

confortáveis, para até oito pessoas, como vista na Figura 1.4. (PEREIRA, 2011)

Figura 1.4 – Quadriciclo para oito pessoas.

Fonte: PEREIRA, 2012.

14

1.1 OBJETIVO DO TRABALHO

Na elaboração de um novo projeto ou melhoria, o papel do engenheiro de estrutura

consiste em determinar cargas e as distribuições de tensões em um corpo, de acordo com a

realidade a que será imposta, com a finalidade de resistir com segurança.

Este projeto tem como objetivo desenvolver e projetar uma nova estrutura primária

(chassi) de um quadriciclo a pedal, aplicar as cargas atuantes e demonstrar os pontos críticos

do projeto que deverão ser melhorados, analisando estaticamente através de elementos finitos

as principais deformações que suporte com segurança até duas pessoas adultas.

1.2 JUSTIFICATIVA

A criação de um novo veículo tem como finalidade propor uma alternativa de

transporte para a população, visando além de economia e saúde, preservar o meio ambiente

por não emitir gases tóxicos à natureza.

É um mercado que tende a evoluir nacionalmente por ter grande aceitação da

população, seja para aluguel, passeio ou táxi em cidades turísticas, como também como lazer

e locomoção, principalmente em cidades rurais e semi urbanas.

15

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

O estudo estático visa demonstrar alguns conceitos básicos sobre as propriedades

mecânicas principais que afetam a resistência de uma estrutura, como o Diagrama tensão-

deformação, Módulo de Elasticidade, Material, Perfil Estrutural e Análise pelo método de

elementos finitos.

2.1 RESISTÊNCIA DOS MATERIAS

Resistência dos materiais abrange as propriedades mecânicas, como a resistência, a

dureza, a ductilidade e a rigidez. As cargas aplicadas correspondem a três tipos de cargas

resultantes como, tração, compressão, ou cisalhamento. O comportamento mecânico de um

corpo reflete a relação entre sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja nela

sendo aplicadas.

Esse ramo estuda as relações entre cargas externas aplicadas a um corpo deformável e

a intensidade das forças internas que atuam dentro desse corpo. Esse assunto abrange também

o cálculo da deformação do corpo e o estudo da sua estabilidade, quando ele está submetido a

forças externas. (HIBBELER, 2004)

A mecânica dos corpos rígidos pode ser dividida em estática e dinâmica, a estática tem

por finalidade o estudo do equilíbrio de um corpo em repouso ou em movimento com

velocidade constante. Já a dinâmica, pode ser caracterizada como a parte da mecânica dos

corpos rígidos dedicada ao estudo do movimento de corpos sob a ação de forças, ou seja,

movimentos acelerados dos corpos.

2.1.1 CONCEITOS DE TENSÃO DEFORMAÇÃO

Quando uma força é aplicada a um corpo, tende a mudar a forma e o tamanho dele.

Essas mudanças são denominadas deformação e podem ser perfeitamente visíveis ou

praticamente imperceptíveis sem o uso de equipamento para fazer medições precisas.

Se uma carga é estática, se alterando lentamente ao longo do tempo sendo aplicado de

maneira uniforme sobre uma seção reta, seu comportamento mecânico pode ser verificado

através de um ensaio de tensão-deformação. (CALLISTER, 2002)

16

A relação de carga aplicada perpendicularmente à sua respectiva reta da região ou

área, ou seja, a intensidade da força ou força por unidade de área, define-se a tensão de

engenharia que é expressa pela equação 2.1:

A

F=σ (2.1)

Assim, de acordo a Figura 2.1, existem três maneiras principais de aplicação de

cargas, que normalmente são realizados à temperatura ambiente, como:

• Tração

• Compressão

• Cisalhamento

Figura 2.1 – (a) Tensão de tração, (b) Tensão de compressão, (c) Tensão de cisalhamento e (d)

Tensão de torção.

Fonte: CALLISTER, 2002.

17

Além da tensão, outro fator que simultaneamente acontece numa aplicação de carga, é

a deformação nominal, que é encontrada dividindo-se a variação no comprimento de

referência pelo comprimento inicial, expresso pela equação 2.2.

0L

δε = (2.2)

2.1.2 DIAGRAMA TENSÃO DEFORMAÇÃO CONVENCIONAL

Segundo HIBBELER (2004), o diagrama de tensão deformação permite obter dados

sobre a resistência do corpo-de-prova à tração ou compressão, independente de sua forma

geométrica desse material. Pela curva do diagrama é possível identificar quatro maneiras

diferentes pelas quais o material se comporta, dependendo da grandeza da deformação nele

provocada.

Através do diagrama, é possível identificar o que acontece com o corpo-de-prova para

os materiais dúcteis que estão submetidos a um tipo de carga, a tensão e a deformação são

proporcionais entre si, de acordo a Figura 2.2.

Figura 2.2 – Diagrama tensão-deformação convencional e real para material dúctil (aço).

Fonte: HIBBELER, 2004

18

2.1.3 LEI DE HOOKE

Na região elástica a deformação é aproximadamente proporcional à tensão. A razão

entre a tensão e a deformação do material é o módulo de elasticidade, que é uma característica

do metal, pois quanto maior forem as forças de atração entre os átomos, maior é seu módulo

de elasticidade. (VAN VLACK, 2004)

Os materiais dúcteis usados na engenharia apresentam relação linear entre tensão e

deformação na região de elasticidade, conseqüentemente, um aumento na tensão provoca um

aumento proporcional na deformação, como visto na Figura 2.3. (SORIANO, 2009)

Figura 2.3 – Diagrama tensão-deformação Linear.

Fonte: SORIANO, 2009.

Essa característica é conhecida como Lei de Hooke, que relaciona a linearidade entre

tensão normal que age na peça e sua deformação dentro do regime elástico, gerando um valor

chamado de módulo de elasticidade transversal, expresso matematicamente pela equação 2.3.

εσ=E (2.3)

2.1.4 DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA DOS METAIS

A deformação elástica acontece antes da deformação plástica, ou seja, quando é

aplicada uma carga em um corpo-de-prova, o pedaço se torna levemente mais comprido. Ao

remover a carga, seu tamanho volta às dimensões originais. Na região elástica, a deformação é

o resultado de uma elongação da célula unitária na direção da tensão de tração a uma pequena

19

contração na direção da compressão. Já em deformação plástica, após a aplicação carga caso

seja maior ao que o material resista, ocorre um deslocamento permanente no corpo-de-prova,

ou seja, ao retirar a tensão não implica no retorno dos planos cristalinos às suas posições

originais. (VAN VLACK, 2004)

2.1.5 FATOR DE SEGURANÇA

Na perspectiva de BEER & JOHNSTON (2006), uma peça estrutural deve ser

projetada de tal forma que a carga ultima seja consideravelmente maior que o carregamento

que essa peça irá suportar em condições normais de utilização.

Se a carga aplicada ao elemento for relacionada linearmente à tensão, então pode-se

expressar o fator de segurança como a relação entre a massa majorada e a massa padrão do

adulto, através da equação 2.4.

1

0

m

mFS = (2.4)

O fator de segurança pode ser encontrado em códigos de projeto e manuais de

engenharia, com a finalidade de manter um equilíbrio entre segurança e uma solução

econômica para o projeto. Este valor a ser escolhido deverá ser sempre maior do que 1,

evitando maior possibilidade de falha no projeto mecânico.

2.1.6 VIGAS E PERFIS FABRICADOS

Vigas são estruturas amplamente utilizadas na engenharia mecânica, civil, entre

outras, possuem estruturas simples ou complexas, e diferentes formas de seção, denominadas

perfis.

As vigas e os aços estruturais podem ser classificados em chapas, barras e perfis,

independentemente do seu processo de obtenção. Os perfis fabricados são formados pela

associação de chapas ou de perfis laminados simples, sendo a ligação, em geral, soldada.

(PFEIL, 1995)

Dentre os diversos tipos de perfis, na Figura 2.4 exemplifica alguns dos existentes no

mercado.

20

Figura 2.4 – Perfis composto de chapas ou perfis laminados.

Fonte: PFEIL, 1995.

O primeiro exemplo conforme Figura 2.4 a), o perfil I é formado pela associação de

três chapas, muito utilizado em:

• Construção civil.

• Estruturas metálicas de grande porte;

• Chassis de caminhões, caminhonetes e ônibus;

Já nas Figuras 2.4 b) e c), o perfil retangular e quadrado respectivamente, referem-se

aos perfis composto formado pela união de perfis laminados simples, tendo ampla aplicação

em:

• Estruturas metálicas;

• Serralheria;

• Máquinas e equipamentos;

• Indústria mecânica em geral.

2.1 CONCEITOS DINÂMICOS E LEIS DE NEWTON

A dinâmica é a parte da Física que tem como objetivo estudar as causas dos

movimentos. A análise principal na dinâmica refere-se à forças que atuam sobre o corpo,

proporcionando uma variação em sua quantidade de movimento, ou seja, a mudança do corpo

com o tempo. Na física dinâmica, existem as três leis de Newton em que todo o estudo do

movimento pode ser resumido. (CALÇADA & SAMPAIO, 1998)

21

2.1.1 PRIMEIRA LEI DE NEWTON

"Todo corpo permanece em seu estado de repouso, ou de movimento uniforme em

linha reta, a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças impressas nele".

(HIBBELER, 1995)

Um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme,

quando está livre da ação de forças externas ou sujeito a forças cuja resultante é nula,

considerado como uma propriedade que os corpos possuem denominada Inércia.

2.1.2 SEGUNDA LEI DE NEWTON

"A mudança do movimento é proporcional à sua força e se faz segundo a linha reta

pela qual se imprime essa força".(HIBBELER, 1995)

Considerado a definição do conceito de força na mecânica, a força peso é quando um

corpo com massa “m“ constante atua com aceleração “a” (ou aceleração da gravidade “g”),

expressado pela equação 2.5.

P = m . a (2.5)

O Peso de um corpo é a força com que a Terra o atrai, podendo variar conforme sua

respectiva gravidade de atuação, que tende a variar. Por exemplo, considerando uma

superfície da Terra, nível do mar, a aceleração da gravidade equivale a 9,8m/s², já na

superfície de Marte 3,724m/s².

2.1.3 TERCEIRA LEI DE NEWTON

"A uma ação sempre se opõe a uma reação igual, ou seja, as ações de dois corpos um

sobre o outro são sempre iguais e se dirigem a partes contrárias "(HIBBELER, 1995).

2.2 LIGAS METÁLICAS

São materiais com propriedades metálicas que contêm dois ou mais elementos

químicos, sendo que em pelo menos um deles é o metal. Isso porque a maioria não é utilizada

em estado puro, pois com propriedades alteradas o material pode-se atender melhor em cada

tipo de projeto específico, seja buscando maior dureza ou ductilidade, por exemplo.

(CALLISTER, 2002)

As ligas metálicas, devido à sua composição, são dividas em duas classes:

22

• Ferrosas: Aquelas nas quais o ferro é o componente principal, incluem os aços e os

ferros fundidos.

• Não ferrosas: Ligas que não têm como base o ferro.

2.2.1 AÇOS-CARBONO

Os aços são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros

elementos de liga, sendo diversos de ligas que possuem composições e/ou tratamentos

térmicos diferentes, sendo classificados de acordo com a sua concentração de carbono, com

baixo, médio e elevado teor de carbono. (CALLISTER, 2002)

O aumento das concentrações de teor carbono provoca a elevação na dureza e limites

de resistência, reduzindo ductilidade e tenacidade do material. Em estruturas metálicas usuais,

é comum a preferência pelo aço com baixo até moderado teor de carbono, devido sua ótima

resistência mecânica e ductilidade, o que atende a grande parte de pequenos projetos

estruturais, apresentado na Tabela 2.1.

Tabela 2.1 – Principais tipos de aços usados em estruturas.

Fonte: PFEIL, 1995.

Essas ligas possuem ductilidade e tenacidade, além de serem usináveis, soldáveis e,

dentre todos os tipos de aço, são os mais baratos de serem produzidos.

2.3 MÉTODOS DOS ELEMENTOS FINITOS

Segundo ALVES FILHO, 2000, através do MEF (Métodos dos Elementos Finitos) é

possível criar modelos (protótipos digitais) usados para simular a condição real de uso do

produto. Os testes de campo e laboratório são realizados no protótipo digital visando a

redução de prazos e custos em ferramental, protótipos físicos e validação, por intermédio da

eliminação do processo de tentativa e erro.

23

Quando tem se um problema matemático que não consegue se resolver, é comum

tentar encontrar uma solução alternativa que contribua na solução do problema original. Um

exemplo deste tipo problema resolvido pode-se considerar com a introdução do Método dos

Elementos Finitos. (VICENTE, 2001)

O conceito de elementos finitos é simples: se um problema é muito complexo para ser

resolvido, crie subconjuntos menores para encontrar as soluções. O software cria um modelo

matemático que subdivide este modelo complexo em pequenos pedaços de forma regular

chamado elementos.

2.3.1 MALHA

A geração de malha por elementos finitos, o software subdivide a geometria em

pequenos pedaços denominado elemento. O elemento é um número finito de pontos de

conexão, localizados em seus vértices e arestas, chamados de nós. O conjunto de rede de

elementos e nós é chamada de malha, representado na Figura 2.5, representando um círculo

com 12 nós. (ALVES FILHO, 2000)

Figura 2.5 – Malha de um círculo.

Fonte: HUEBNER & THORNTON, 1982.

Quanto maior for número de nós em um elemento, melhor será a precisão da análise,

pois em cada nó possui a propriedade do material.

2.3.2 ELEMENTOS SÓLIDOS

Tetraédrico Regular é um elemento sólido onde as cargas do elemento têm como

característica agir no estado triaxial de tensões, diferentemente do plano, ou seja, esses tipos

24

de carga que agem nos eixos X, Y e Z. Na Figura 2.6, ilustra o elemento tetraédrico com

apenas quatro nós.

Figura 2.6 - Elemento Tetraédrico Regular.

Fonte: RAO, 2004.

Neste tipo de elemento tetraédrico, os nós se movimentam em 3 componentes de

deslocamento, estes deslocamentos se dá conforme o tipo de esforço aplicado e as

características do material. Portanto, o elemento possui 3 graus de liberdade por nó

totalizando 12 nós.

Similar ao elemento anterior, o Tetraédrico Parabólico possui finitos elementos na

forma de “tetraedros”, como visto na Figura 2.7, mas agora irá possuir mais quantidade de

graus de liberdade, desta forma o elemento possuirá 10 nós totalizando 30 graus de liberdade.

Figura 2.7 - Elemento Tetraédrico Parabólico.

Fonte: RAO, 2004.

Os elementos parabólicos dão melhores resultados do que elementos lineares por

representarem arestas curvadas mais adequadamente e produzirem melhores aproximações

matemáticas, porém, necessitam de mais recursos computacionais.

Para problemas estruturais, cada nó de um elemento sólido possui três graus de

liberdade que representam as translações nas três direções ortogonais. O software usa as

coordenadas das direções X, Y, e Z do sistema global de coordenadas cartesianas para

formular o problema.

25

2.3.3 CRITÉRIO DE TENSÃO MÁXIMA VON-MISES

O critério estabelece que a falha ocorra quando a energia de distorção atinge o mesmo

valor da energia que provoca o escoamento na deformação uniaxial. Os softwares que

realizam cálculos estáticos utilizam o critério de tensão máxima de Von Mises, que tem como

objetivo encontrar a tensão máxima que uma estrutura à receber esforços mecânicos. (CATIA

V5). Em resumo, a tensões de Von Mises, é expresso pela equação 2.5.

( ) ( ) ( )222xzzyyxVonMises σσσσσσσ −+−+−= (2.5)

26

3 METODOLOGIA

Através de software computacional, é possível transformar todo o conceito e estudo

em projeção real, criando uma estrutura, onde será realizado todo o desenvolvimento e analise

tridimensional.

Foi escolhido o CATIA V5R20 da Dassault Systemes, representado na Figura 3.1, que

é uma ferramenta computacional amplamente utilizada nas indústrias aeroespaciais,

automobilística, construção de barcos, navios, equipamentos industriais, entre outras.

O software tem alto desempenho nas áreas de CAD (Computer Aided Design), CAM

(Computer Aided Manufacturing) e CAE (Computer Aided Engineering), onde pode se

desenvolver e projetar todo ciclo do produto ou ferramenta, desde a sua concepção.

Figura 3.1 – Software CATIA V5R20.

Fonte: CATIA V5R20.

3.1 DESENVOLVIMENTO TRIDIMENSIONAL

Através do ambiente PART DESIGN do CATIA V5R20 visualizado na Figura 3.2,

todo o estudo, conceito e dimensões serão desenvolvidos para a definição do chassi, e assim,

simular as distâncias de todo o conjunto e vigas.

Figura 3.2 – Part Design.

Fonte: CATIA V5R20.

27

Uma vez que desenvolvido, é necessário analisar estruturalmente o comportamento da

estrutura visando evitar falhas, quebras e deformações permanentes.

3.1.1 ESQUELETO

O Esqueleto (ou Skeleton) é o nome que foi dado ao arquivo onde foram elaboradas as

principais referências da estrutura, como comprimento/largura total do veículo, distância de

rodas x estrutura, assento do ciclista x eixo do pedal, entre outras referências. Na Figura 3.3, é

possível visualizar as principais referências criadas para este projeto.

Figura 3.3 – Esqueleto Vista Isométrica (CATIA V5R20).

Fonte: AUTOR, 2013.

Este processo visa dimensionar de forma paramétrica as principais referências,

facilitando principalmente em caso de redimensionamento futuros. Como por exemplo, a

distância entre eixos do veiculo estarem próximas um do outro, impossibilitando o ciclista de

pedalar, entre outros casos.

Na Figura 3.4, foi definido as primeiras dimensões do veículo, como:

- Diâmetro das rodas dianteiras – 508 mm (20”);

- Diâmetro das rodas traseiras – 660.4 mm (26”);

- Altura entre chassi e chão – 460 mm;

28

- Distância entre rodas – 1550 mm.

- Distância entre pernas ou do assento até eixo do pedal – 720 mm.

Figura 3.4 - Esqueleto Vista Lateral (CATIA V5R20).

Fonte: AUTOR, 2013.

Complementado as definições das referências, na Figura 3.5, foram definidas outras

dimensões, como:

- Distância entre condutor e passageiro – 330 mm até o centro (660 mm entre si);

- Distância entre chassi frontal e eixo do pedal – 750 mm;

- Distância entre chassi traseiro e assento – 760 mm;

- Distância entre as rodas traseiras – 560 mm até o centro (1120 mm entre si);

29

Figura 3.5 – Esqueleto Vista Superior (CATIA V5R20).

Fonte: AUTOR, 2013.

Para cada região da estrutural foi criado um elemento como referência, seja um plano

ou eixo (ou qualquer outra referência ou comando), e cada referência precisa ser publicada,

como visto na Figura 3.6. Posteriormente, são usados através de link na criação do sólido, em

um segundo arquivo PART DESIGN, que é onde será desenvolvido o 3D.

Vale lembrar que, a linha branca tracejada no centro da figura anterior, refere-se a

simetria que existe da estrutura do veículo, dispensando a repetição das referências.

Figura 3.6 - Publicação (CATIA V5R20).

Fonte: AUTOR, 2013.

30

3.1.2 CRIAÇÃO DA ESTRUTURA

Novamente no ambiente do PART DESIGN, onde será desenvolvido o 3D e o

conceito das referências se transformará em um sólido.

Para manter a organização, e principalmente, facilitar em caso de redimensionamentos

futuros, foi criado os parâmetros. Parâmetros são janelas adicionadas na árvore de criação do

sólido onde são inseridos as dimensões da seção transversal do perfil a ser aplicado, sendo

aplicado no comando ou desenho, como visto na Figura 3.7.

Figura 3.7 – Criação do sólido. Árvore de parâmetros (à esquerda) e Aplicação de parâmetro

no perfil (à direita).

Fonte: AUTOR, 2013.

Para cada perfil a ser escolhido, deve-se criar na árvore um parâmetro utilizando na

criação do desenho com as dimensões deste perfil, como por exemplo, L1, H1 e E1,

dimensões como Largura, Altura e Espessura, respectivamente para esta viga.

Na criação da primeira estrutura, denominada aqui neste trabalho de Chassi_1, foi

escolhido e implementado o perfil quadrado laminados simples, com as dimensões 20mm

(Altura) x 20mm (largura) x 2mm (espessura), por ser um perfil vazado, sendo assim, uma

viga leve, e muito utilizado comercialmente.

Este tubo perfil quadrado foi implementado em toda a estrutura, ilustrado na Figura

3.8, definindo-se assim o Chassi_1.

31

Figura 3.8 - Estrutura Chassi_1.

Fonte: AUTOR, 2013.

Além da estrutura primária, alguns componentes são indispensáveis neste tipo de

veículo, como as rodas, condutor e passageiro (adulto 1,75m), assentos, volante, entre outras

peças em tamanhos reais visualizados na Figura 3.9, permitindo maior realidade de

desenvolvimento e visão do projeto.

Figura 3.9 – Montagem.

Fonte: AUTOR, 2013.

32

3.1.3 DEFINIÇÃO DIMENSIONAL DA ESTRUTURA

Após a realização de estudos e criação do modelo (3D), identificando os espaços

necessários para os componentes, assim como também posição do passageiro, foi pré-

dimensionado a estrutura primária representado na Figura 3.10 e 3.11, que servirá como

padrão para futuras simulações deste estudo.

Figura 3.10 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Lateral.

Fonte: AUTOR, 2013.

Figura 3.11 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Superior.

Fonte: AUTOR, 2013.

As dimensões aqui definidas não seguem especificadamente uma norma de quadriciclo

a pedal por não existir, ou por não ter sido encontrado durante a realização deste projeto.

Porém, as dimensões aqui utilizadas foram mensuradas utilizando sempre que possíveis

dimensões dos componentes de bicicleta, devido similaridade de mecanismos, usadas tão

somente para os conceitos para o estudo pelo método dos elementos finitos.

33

Durante o desenvolvimento, foi necessário o redimensionamento de alguns planos de

referências que não será abordado especificamente, mas que foram corrigidas. Por exemplo, o

pedal que se encostava à roda dianteira, entre outros casos. Lembrando que, as dimensões de

todo o quadriciclo citadas na figura anterior, já estão com as respectivas correções realizadas

durante o projeto.

3.1.4 ESCOLHA DO MATERIAL

Com a definição do perfil na estrutura, foi escolhido e aplicado o material em Aço-

Carbono SAE 1020 - A36, como exemplifica na Figura 3.12. O aço-A36 é um material que

possui tensão de escoamento relativamente alta (250 MPa), além de barato e também muito

utilizado comercialmente em construção de pequenas estruturas, máquinas e equipamentos.

Figura 3.12 – Biblioteca de Materiais – Aço (Steel).

Fonte: CATIA V5R20

3.2 ANÁLISE ESTRUTURAL

Após a finalização do conceito e modelamento, a estrutura precisará ser analisada com

as aplicações de cargas, visando avaliar a reação da estrutura com o perfil e material

escolhido. A análise estrutural torna se necessária uma vez que, precisa verificar se a estrutura

está frágil, não suportando as cargas aplicadas, como também se houve

superdimensionamento.

34

Com o pré-dimensionamento definido, será também adicionada a estrutura primária os

respectivos suportes de apoios (componentes soldados) necessários ao veículo, conforme

Figura 3.13. Os componentes aqui usados, seja um tubo redondo ou uma placa, servirão tanto

como fixação da estrutura, como também região de atuação de cargas. Foi desconsiderado

impacto de soldagem, considerando assim, uma estrutura única (apenas para o estudo e

análise das tensões principais do chassi criado).

Figura 3.13 – Estrutura Chassi_1 pré-dimensionado.

Fonte: AUTOR, 2013.

No processo a seguir, será realizado um passo a passo das aplicações de cargas,

simulando os principais esforços que possa ocorrer no veículo, como por exemplo, os

condutores pedalando.

3.2.1 METODOLOGIA DOS ELEMENTOS FINITOS

Outro ambiente do CATIA V5R20 a ser utilizado é o GENERATE PART ANALYSIS

STRUTURE, ilustrado na Figura 3.14.

35

Figura 3.14 - Generate Part Analysis Structure.

Fonte: CATIA V5R20.

3.2.2 DEFINIÇÃO DE RESTRIÇÕES

É preciso analisar e interpretar os movimentos que ocorrerão na estrutura, assim como os

suportes e regiões que sustentarão o chassi após a aplicação dos esforços.

Como ilustrado na Figura 3.15, existem três eixos de translação e os três eixos de

rotações em X, Y e Z, além também da restrição de fixação, onde é preciso fixar a estrutura ou

uma região para analisar um ponto em especifico.

Figura 3.15 – Restrições de movimento. Fixação (à esquerda) e Translação e Rotação (à

direita).

Fonte: CATIA V5R20

Neste estudo, foram usados todos os movimentos de graus de liberdade, devido à

complexibilidade de movimentos do veículo.

3.2.3 ESCOLHA DA MALHA

A escolha da malha a ser aplicada deve se levar em consideração as dimensões do perfil

aplicadas à estrutura. Nesta etapa serão criados os elementos, como se fosse subdivido em

pequenos pedaços imaginários, sendo que cada pedaço possuirá tensão em seus respectivos nós

após aplicações de cargas.

Neste estudo, o melhor dimensionamento encontrado foi de 10 mm como visto na Figura

3.16, pois corresponde a metade da menor dimensão do perfil escolhida, obtendo resultados

satisfatórios. Dimensões menores que esta, tornaria a simulação demorada devido ao excesso de

36

cálculos que o software fosse realizar e dimensões maiores perderia a precisão das tensões

encontradas.

Figura 3.16 - Malha Tetraedro Parabólico.

Fonte: CATIA V5R20.

3.2.4 DEFINIÇÃO DE CARGAS

Neste estudo, a principal carga que possa vir a deformar este simples chassi, é através

dos próprios pesos de seus respectivos ocupantes que atuam sobre a estrutura. Sendo assim,

de acordo com a norma NBR 5665 – Cálculo Do Trafego Nos Elevadores, o peso médio de

adulto a ser considerado nos cálculos, é de 70 kg.

Devido o quadriciclo ser um veículo artesanal e não possuir manual de engenharia,

neste caso, foi escolhido e aplicado um fator de segurança de 1.5, por ser uma estrutura

metálica, de material com propriedades mecânicas estabelecidas por norma, que atenderia a

proposta do projeto.

Portando, na equação 3.1, foi definida a massa padrão para encontrar a primeira carga

a ser utilizada nas simulações.

0

11 m

mFS = (3.1)

kg

m

705.1 1=

m1 = 105 kg

37

Aplicando a massa considerada e a força da gravidade próximo ao nível do mar, na

equação 3.2, foi definida a carga F1 que serão aplicadas no apoio de mão do quadriciclo,

realizada a seguir nas simulações.

F1 = m1 . g (3.2)

F1 = 105 kg x 9.81 m/s²

F1 = 1030.05 N

Apesar deste estudo ter como foco para análise estática, alguns fatores serão aqui

considerados com o objetivo de melhorar a robustez da estrutura, pois, durante o trajeto do

veículo, que normalmente não é em terreno perfeitamente plano.

Entre outros fatores aqui não estudados, como vibrações e ondulações de trajeto, a

intensidade da força do condutor aumenta sobre a estrutura. Sendo assim, considerando

apenas para efeitos de cálculos, visando maior robustez do estudo, foi definido na equação

3.3, um fator de segurança 2, afim de suprir eventuais falhas após o veículo estar em

movimento.

0

22 m

mFS = (3.3)

kg

m

702 2=

m2 = 140 kg

Aplicando a massa “m2” e a força da gravidade, na equação 3.3, foi definida a carga F2

que serão aplicadas, principalmente nos assentos do condutor e passageiro.

F2 = m2 . g (3.4)

F2 = 140 kg x 9.81 m/s²

F2 = 1373.40 N

Por fim, outra carga que será utilizada tem como finalidade de simular o condutor em

atividade, pedalando produzindo uma carga Fp de 1200 N em cada eixo do pedal, conforme

citado na norma NBR 14714 - veículo de duas rodas - bicicleta.

38

3.2.5 APLICAÇÕES DE CARGAS E SIMULAÇÃO POR COMPRESSÃO

Para as simulações a seguir, além de cargas foi também imposto restrições de fixação,

translação e rotação, visando obter pontos específicos de falha.

Considerando as cargas definidas e as restrições aplicadas, foram realizadas as

simulações pelo método de elementos finitos, onde serão aplicadas as principais cargas e

algumas situações que possa surgir no veículo em repouso ou em movimento.

3.2.6 SIMULAÇÃO 1

Na primeira simulação, visto na Figura 3.17, foi aplicada duas cargas de 1373.40 N,

sendo uma em cada ponto referente aos assentos do condutor e passageiro. Além dessas

cargas, foram também considerados os condutores em atividade pedalando, foram então

aplicadas duas cargas de 1200 N (uma em cada eixo do pedal).

Figura 3.17- Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 1).

Fonte: AUTOR, 2013.

3.2.7 SIMULAÇÃO 2

Nesta segunda simulação, visto na Figura 3.18, foi aplicada uma carga de 1373.40 N

em cada uma das rodas dianteiras, visando simulações extremas de impactos com o veículo

Assentos dos condutores

Eixo do Pedal

39

em movimentos em estradas não planas, o que poderia causar quebra do braço de sustentação

da roda dianteira.

Figura 3.18 - Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 2).

Fonte: AUTOR, 2013.

3.2.8 SIMULAÇÃO 3

Similar à situação anterior, também foi aplicado uma carga de 1373.40 N nas duas

rodas dianteiras, conforme Figura 3.19, agora no sentido do eixo X, visando pequenos

impactos frontais, para também evitar a quebra da barra que sustenta as rodas dianteiras.

40


Fonte: AUTOR, 2013.

3.2.9 SIMULAÇÃO 4

Na Figura 3.20, representa a simulação dos condutores pedalando, praticando os

esforços de 1200 N em cada eixos dos pedais, mas desta vez sem estar sentado, ou seja,

somente se segurando no apoio de mão, sendo 1030 N em cada apoio, concentrando todo peso

no centro da estrutura.


Fonte: AUTOR, 2013.

Apoio de Mão

41

3.2.10 SIMULAÇÃO 5

Quando o veículo faz uma freada brusca, onde ocorrerá a desaceleração dos corpos

dos ciclistas, referente à Figura 3.21, nesta simulação foi então aplicada uma carga de 1030 N

(em ambos os apoios de mãos), mantendo o próprio peso do condutor de 1373.40 N nas

regiões dos assentos.


Fonte: AUTOR, 2013.

3.2.11 SIMULAÇÃO 6

Considerando o veículo numa curva, onde ocorrerá uma força peso tangencial à curva,

nesta análise, visto na Figura 3.22, foi aplicada uma carga de 1030 N (sendo uma em cada

apoio de mão), além do próprio peso do condutor de 1373.40 N.

42


Fonte: AUTOR, 2013.

3.2.12 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES

No primeiro chassi desenvolvido, cinco das seis simulações realizadas ocorrem

tensões maiores que 250 MPa suportados elasticamente pelo material, conforme Tabela 3.1.

Tabela 3.1 – Tensões Máximas nas simulações de Chassi_1.

Chassi_1 (20 mm x 20 mm x 2mm )

Tensões Máximas (MPa)

Simulação_1 414

Simulação_2 341

Simulação_3 305

Simulação_4 412

Simulação_5 171

Simulação_6 346 Fonte: AUTOR, 2013.

43

3.2.13 MELHORIA DE PERFIL

Visando a melhoria e robustez do chassi anterior, toda a estrutura foi reforçada

desenvolvida em um novo perfil, como visto na Figura 3.23, agora o Chassi_2 usando em

todas as vigas o dimensionamento de 30mm x 20mm (mantendo espessura de 2mm).

Figura 3.23 – Estrutura Chassi_2.

Fonte: AUTOR.

Portanto, foram realizados os mesmos passo a passos das simulações do capítulo

anterior, obtendo novos resultados computados na Tabela 3.2, sendo possível analisar os

resultados comparativos com os que foram realizados no chassi anterior (lembrando que

foram realizadas as mesmas simulações de aplicações de cargas).

44

Tabela 3.2 – Tensões máximas comparativas de Chassi_1 e Chassi_2.

Chassi_1 (MPa)

20 mm x 20 mm x 2 mm

Chassi_2 (MPa)

30 mm x 20 mm x 2 mm

Simulação_1 414 274






Fonte: AUTOR, 2013.

Nesta segunda série de simulações realizadas no Chassi_2, agora com tubos de 30mm

x 20mm, os resultados apresentaram melhorias que a do perfil anterior. Dos seis simulações

de cargas realizados, em quatro delas houve deformação permanente, que ainda precisarão ser

reforçados e melhorados.

3.2.14 ANALISE CRÍTICA E MELHORIA

Com o objetivo de eliminar as quebras, foi analisado as tensões em cada tipo de

simulação realizada, identificando as regiões críticas que precisam ser melhorados. Sendo

assim, foi criado o Chassi_3, visando suportar novamente as simulações anteriores, afim de

evitar deformação plástica.

Na simulação_2 visto na Tabela 3.3, foi adicionado um tubo perfil 20mm x 20mm x

2mm na proposta de não causar falha no suporte da roda dianteira.

45

Tabela 3.3 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria)

Simulações Chassi_2 Chassi_3

Simulação_2

(Roda dianteira)

Fonte: AUTOR, 2013.

Já nos Ensaio_1 e Ensaio_4 visualizados na Tabela 3.4, a proposta foi usar tubos

maiores, com 30mm x 30mm x 2mm, pois nesta região central do chassi, foi analisado e

considerado a região que ocorrem as maiores tensões.

Tabela 3.4 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria).


Simulação _1

(Roda traseira)

Simulação_4

(Base do apoio

de mão e

volante)

Fonte: AUTOR, 2013.

46

Por fim, no Ensaio_6 visto na Tabela 3.5, não foi necessário aumentar as dimensões

do tubo retangular de 30mm x 20mm. Por ser um perfil retangular, obtêm se maior resistência

quando a força atua no mesmo sentido de sua maior dimensão, sendo apenas rotacionado à

90º que antes estava.

Tabela 3.5 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria).


Simulação_6

(Base de apoio de

mão e volante)

Fonte: AUTOR, 2013.

Complementando as tabelas anteriores, na Figura 3.24 é possível identificar facilmente

as regiões melhoradas para cada ensaio realizado.

Figura 3.24 – Identificação das análises críticas e melhoria para o Chassi_3.

Fonte: AUTOR, 2013.

47

4 RESULTADOS

4.1 ANÁLISE DE TENSÃO COMPARTIVAS DOS CHASSIS

As tensões máximas obtidas nas simulações do Chassi_3, em nenhum dos casos houve

deformação permanente na estrutura, ou seja, na Tabela 4.1 observa-se que todas as tensões

máximas foram menores que a tensão de escoamento do material, que resiste até 250 MPA.

Tabela 4.1 – Análise de Tensão Máxima comparativa (revisão final)

Chassi_1

(MPa)

Chassi_2

(MPa)

Chassi_3

(MPa)

3 tipos de tubos:

- 20 mm x 20 mm

- 30 mm x 20 mm

- 30 mm x 30 mm

Simulação_1 414 274 234

Simulação_2 341 262 109

Simulação_3 305 197 140

Simulação_4 412 262 237

Simulação_5 171 113 99

Simulação_6 346 251 236

Fonte: AUTOR, 2013.

4.2 DIMENSIONAMENTO FINAL DA ESTRUTURA

Com as devidas alterações realizadas e após simulações sem falhas ou deformação

plástica da estrutura, na Tabela 4.2, obtêm-se as dimensões necessárias dos 11 tubos

necessários para manufatura, fabricação e montagem do chassi do quadriciclo, além de

suportes e componentes aqui não especificado e/ou citados durante o projeto.

48

Tabela 4.2 – Dimensões definidas para Chassi_3.

Chassi_3

Perfil Tubo Quantidade

Tubos

Comprimento

(mm)

Perfil_1) 20mm x 20mm x 2mm

1 1260

2 1187,9

2 195,3

Total 4026,4


1 1078

2 108,8

1 570,1

1 1260

Total 3125,7


2 2229,8

2 531,6

2 710

1 1260

Total 8202,8

Fonte: Autor, 2013.

Complementando a tabela anterior, através da Figura 4.1, é possível identificar cada

perfil utilizado e definido no Chassi_3, lembrando que a estrutura é simétrica.

49

Figura 4.1 – Perfil de tubos definidos em Chassi_3.

Fonte: Autor, 2013.

Pesando aproximadamente apenas 24 kg de massa conforme Tabela 4.3, a estrutura

manteve se leve e também rígida. Além da estrutura, estima-se que os respectivos

componentes e suportes o peso pode ser próximo dos 40 kg, dependendo das peças

futuramente serem implementadas.

Tabela 4.3 – Massa das estruturas desenvolvidas.

Chassi_1 Chassi_2 Chassi_3

Massa 17.063 kg 21.719 kg 23.219 kg

Fonte: AUTOR, 2013.

50

5 CONCLUSÃO

Com o material e simulações estabelecidas, a estrutura com o perfil inicial proposto foi

incapaz de suportar as cargas aplicadas, ocasionando quebras devido à baixa resistência do

perfil selecionado.

Foi necessária a análise pelo método dos elementos finitos, observando as tensões

máximas identificadas nas análises crítica das regiões a serem melhoradas.

Com a aplicação de reforços e perfil maiores e repetindo as mesmas simulações de

cargas, a estrutura foi então capaz de suportar os esforços sem que houvesse deformação

plástica.

As flexões pós-cargas não ultrapassaram a tensão de escoamento suportado pelo

material, validando uma estrutura sem quebras, evitando o excesso de ensaios físicos e

protótipos.

Sendo assim, com a estrutura finalizada o próximo passo seria o estudo de todo o

conjunto com os respectivos componentes montados, como visto na Figura 5.1, além de

outras análises a serem feitas futuramente, como amortecimento, vibratórias, carga máxima

no bagageiro (porta-malas), entre outras.

Figura 5.1 – Montagem simulada de componentes.

Fonte: Autor, 2013.

51

REFERÊNCIAS

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GLOSSÁRIO

Área - conjunto de conteúdos (grupos temáticos comuns) que compõem os diferentes campos

do saber.

Análise Estrutural - uma área que estuda o comportamento das estruturas submetidas a cargas

externas, podendo ter como conseqüência deformações e tensões superficiais.

Ductilidade – é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta

até o momento de sua fratura.

Elongação - é a distância do ponto de equilíbrio.

Flexão - Corresponde a uma deformação que apresenta um elemento estrutural alongado em

uma direção perpendicular a seu eixo longitudinal.

Tenacidade - é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à

ruptura.

Triaxial – refere-se aquilo que possui três eixos.

Uniaxial – é aquilo que só tem um eixo.