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Seleção de material para manga de eixo de um veículo fora de estrada

The steering knuckle is a highly critical automotive suspension component, given that multiple forces load it and, as a part of the unsprung mass of the vehicle, it is desirable to have the lowest weight as possible. In this context, knuckle's material choice will directly influence the accompl...

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Autor principal:	Volff, Ana Carolina Schüler
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:	Materiais - Propriedades mecânicas Automóveis - Molas e suspensão Análise de decisão multicritério Processos de fabricação Materials - Mechanical properties Automobiles - Springs and suspension Multicriteria decision analysis Manufacturing processes CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24913
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spelling	riut-1-249132021-05-11T06:11:24Z Seleção de material para manga de eixo de um veículo fora de estrada Material selection for an off-road vehicle’s steering knuckle Volff, Ana Carolina Schüler Setti, Dalmarino Rodrigues, Fabio Rodrigo Mandello Trentin, Robson Gonçalves Medeiros, Bruno Bellini Setti, Dalmarino Materiais - Propriedades mecânicas Automóveis - Molas e suspensão Análise de decisão multicritério Processos de fabricação Materials - Mechanical properties Automobiles - Springs and suspension Multicriteria decision analysis Manufacturing processes CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA The steering knuckle is a highly critical automotive suspension component, given that multiple forces load it and, as a part of the unsprung mass of the vehicle, it is desirable to have the lowest weight as possible. In this context, knuckle's material choice will directly influence the accomplishment of the project's requirements and objectives. Due to the great variety of materials available, multi-criteria decision methods (MCDMs) have been used in determining the most appropriate option. Therefore, this work aims to select a material for an off-road vehicle's steering knuckle, based on technical and economic criteria. The study was based on a Baja prototype by the "Pato BAJA" team from UTFPR - Pato Branco campus. The selection started in the definition of the design requirements, which consisted of yield strength, stiffness, fatigue strength, specific mass, and cost. Computational simulations via the finite element method were performed to estimate the minimum yield stress, which resulted in 238 MPa. From an initial set of 3600 materials, it was excluded all options whose specific mass and cost were higher than 3.0 g/cm³ and 50% those of the original material (Al 7075-T651), respectively, resulting in 126 pre-selected materials. One candidate from each alloy family was chosen based on the following criteria: 1°) higher fatigue strength/ρ; 2°) higher toughness/ρ and 3°) lower cost (R$/kg). Then, the finalists were classified by Analytic Hierarchy Process (AHP) and Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) methods. The three best-evaluated alloys were Al 206.0-T7, Mg ZC71, and Al 6111-T62. Aluminum alloy 206.0-T7, the best-ranked candidate, has a similar density to 7075-T651, with the advantage of having a higher resistance to fatigue, toughness and ductility, besides being cheaper. A manga de eixo é um componente de suspensão automotiva de elevada criticidade, em função dos diversos esforços mecânicos que deve suportar e, por compor parte da massa não suspensa do veículo, é desejável que seu peso seja minimizado. Nesse contexto, a escolha do material do qual a manga será fabricada influenciará diretamente o cumprimento dos requisitos e objetivos de projeto. Em virtude da grande quantidade de materiais disponíveis, métodos de decisão multicritério têm sido utilizados na determinação da opção mais adequada. Este trabalho tem como objetivo, portanto, selecionar um material para confeccionar a manga de eixo de um veículo fora de estrada, com base em critérios técnicos e econômicos. O estudo foi baseado em um protótipo Baja da equipe “Pato BAJA”, da UTFPR - campus Pato Branco. A seleção partiu da delimitação dos requisitos do projeto, que consistiram da tensão de escoamento, rigidez, resistência à fadiga, massa específica e custo. Simulações computacionais via método dos elementos finitos foram realizadas para estimar a tensão de escoamento mínima, que resultou em 238 MPa. A partir de um conjunto inicial de 3600 materiais, foram excluídos da seleção todos os que possuíssem massa específica e custo superiores à 3,0 g/cm³ e à 50% do custo do material original (Al 7075-T651), resultando em 126 materiais pré-selecionados para a classificação. Em seguida, um candidato de cada família de ligas foi escolhido com base nos seguintes critérios: maior resistência à fadiga/massa específica, maior tenacidade/massa específica e menor custo (R$/kg). Os nove materiais finalistas foram, então, classificados com o auxílio dos métodos Analytic Hierarc hy Process (AHP) e Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS). As três ligas mais bem avaliadas foram a Al 206.0-T7, Mg ZC71 e Al 6111-T62. A liga de alumínio 206.0-T7, candidata mais bem classificada, possui massa específica semelhante a liga 7075-T651, com a vantagem possuir maior resistência à fadiga, tenacidade e ductilidade, além de ser mais barata. 2021-05-10T19:01:14Z 5000 2021-05-10T19:01:14Z 2019-11-20 bachelorThesis VOLFF, Ana Carolina Schüler. Seleção de material para manga de eixo de um veículo fora de estrada. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24913 por embargoedAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Pato Branco Brasil Departamento Acadêmico de Mecânica Engenharia Mecânica UTFPR
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description	The steering knuckle is a highly critical automotive suspension component, given that multiple forces load it and, as a part of the unsprung mass of the vehicle, it is desirable to have the lowest weight as possible. In this context, knuckle's material choice will directly influence the accomplishment of the project's requirements and objectives. Due to the great variety of materials available, multi-criteria decision methods (MCDMs) have been used in determining the most appropriate option. Therefore, this work aims to select a material for an off-road vehicle's steering knuckle, based on technical and economic criteria. The study was based on a Baja prototype by the "Pato BAJA" team from UTFPR - Pato Branco campus. The selection started in the definition of the design requirements, which consisted of yield strength, stiffness, fatigue strength, specific mass, and cost. Computational simulations via the finite element method were performed to estimate the minimum yield stress, which resulted in 238 MPa. From an initial set of 3600 materials, it was excluded all options whose specific mass and cost were higher than 3.0 g/cm³ and 50% those of the original material (Al 7075-T651), respectively, resulting in 126 pre-selected materials. One candidate from each alloy family was chosen based on the following criteria: 1°) higher fatigue strength/ρ; 2°) higher toughness/ρ and 3°) lower cost (R$/kg). Then, the finalists were classified by Analytic Hierarchy Process (AHP) and Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) methods. The three best-evaluated alloys were Al 206.0-T7, Mg ZC71, and Al 6111-T62. Aluminum alloy 206.0-T7, the best-ranked candidate, has a similar density to 7075-T651, with the advantage of having a higher resistance to fatigue, toughness and ductility, besides being cheaper.
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