Projeto, desenvolvimento e análise de atenuador de impacto para um veículo Fórmula SAE
Formula SAE is a competition that takes place in several countries, whose objective is to provide engineering students with the opportunity to build a formula-type car, respecting the regulations proposed by the Society of Automotive Engineers (SAE). The competition consists of tests that assess the...
| Autor principal: | Chiqueto, Pietro Albuquerque |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2022
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29043 |
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riut-1-290432022-07-12T06:05:59Z Projeto, desenvolvimento e análise de atenuador de impacto para um veículo Fórmula SAE Design, development and analysis of impact attenuator for a Formula SAE vehicle Chiqueto, Pietro Albuquerque Santos, Rodrigo Villaca Tramontin, Sandra Mara Kaminski Santos, Rodrigo Villaca Barreto, Heliety Rodrigues Borges Fusão, Davi Método dos elementos finitos Métodos de simulação Modelos e construção de modelos Engenharia de protótipos Finite element method Simulation methods Models and modelmaking Prototypes, Engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA Formula SAE is a competition that takes place in several countries, whose objective is to provide engineering students with the opportunity to build a formula-type car, respecting the regulations proposed by the Society of Automotive Engineers (SAE). The competition consists of tests that assess the team in relation to the prototype's design, development and performance, as well as technical inspections that ensure compliance with the entity's requirements. One of the items examined is the impact attenuator, an object whose function is to alleviate damage to the driver and the vehicle, in the event of a frontal collision. The aim of this study was to design, develop and analyze an impact attenuator in accordance with the requirements stipulated by the association. However, as several teams participating in the Formula SAE lack financial and technical resources, and understanding the competitive nature of the event, this work was developed with the premise of presenting a project alternative for an impact attenuator for a formula SAE vehicle, prioritizing low weight, low cost and ease of construction. Thus, among some proposed models, a device was chosen that unites ideas, used separately in other works, of geometry, with a Mesoamerican pyramid shape, and material, using Divinycell [trade mark] H60 polyvinyl chloride (PVC) foam. This work also sought to verify the behavior of the new model in the event of a collision, using the Finite Element Method (FEM), through an explicit dynamic analysis using the Ansys [trade mark] 2019R2 software. To find results closer to reality, compression tests were carried out to characterize the material. Its insertion in the program was made using the mathematical models, present in the materials library, Isotropic Elasticity and Multilinear Isotropic Hardening, to represent, respectively, the elastic and plastic behavior of the material. After the simulation, the proposed model was built and submitted to the quasi-static compression test, and later, calculations were performed for The simulation results showed a good performance for energy absorption, reaching values above 99% compared to the 7350 J required, and without disproportionate deformations occurring, while the values for deceleration after the collision, presented a higher percentage of error, about 10% for the peak, and 18% for the average, in relation to the required, of 40 g and 20 g respectively. The results of the device compression test were also below what was allowed, with the set assembled for the test being able to absorb 45% of the required. Possible justifications for this value are the fact that the tube in the structural representation has little thickness, and has not supported the load exerted, in addition to possible procedural failures during the test. Finally, there was a need to increase the thickness of the tube, in order to ensure greater mechanical resistance to the device, carry out a new construction and test of the device, in order to reassess the effectiveness of the assembly and its actual performance, and thus, check if it is fit or not to be used during the competition. A Fórmula SAE é uma competição que ocorre em diversos países, cujo objetivo é proporcionar aos estudantes de engenharia, a oportunidade de construir um carro do tipo fórmula, respeitando o regulamento proposto pela Society of Automotive Engineers (SAE). A competição consiste de provas que avaliam a equipe em relação ao projeto, desenvolvimento e desempenho do protótipo, além de inspeções técnicas que garantem o cumprimento das exigências da entidade. Um dos itens examinados é o atenuador de impacto, objeto que tem como função amenizar danos ao piloto e ao veículo, no caso de uma colisão frontal. O objetivo deste estudo foi projetar, desenvolver e analisar um atenuador de impacto de acordo com os requisitos estipulados pela associação. Porém, como várias equipes que participam da Fórmula SAE carecem de recursos financeiros e técnicos, e entendendo o caráter competitivo do evento, este trabalho foi desenvolvido com a premissa de apresentar uma alternativa de projeto para um atenuador de impacto para veículo fórmula SAE, priorizando baixo peso, baixo custo e facilidade de construção. Assim, foi escolhido, entre alguns modelos propostos, um dispositivo unindo ideias, utilizadas separadamente em outros trabalhos, de geometria, com formato de pirâmide mesoamericana, e material, utilizando a espuma de policloreto de vinila (PVC) Divinycell [marca registrada] H60. Este trabalho também buscou verificar o comportamento do novo modelo para o caso de uma colisão, pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), por meio de uma análise dinâmica explícita utilizando o software Ansys [marca registrada] 2019R2. Para encontrar resultados mais próximos do real, foram realizados ensaios de compressão para caracterizar o material. A inserção do mesmo no programa foi feita utilizando os modelos matemáticos, presentes na biblioteca de materiais, Isotropic Elasticity e Multilinear Isotropic Hardening, para representar respectivamente, o comportamento elástico e plástico do material. Após a simulação, o modelo proposto foi construído e submetido ao ensaio de compressão quase-estático, e posteriormente, foram realizados cálculos para Os resultados da simulação mostraram um bom desempenho para absorção de energia, chegando a valores superiores a 99% em comparação aos 7350 J exigidos, e sem que ocorressem deformações desproporcionais, enquanto os valores para a desaceleração após a colisão, apresentaram um percentual de erro maiores, cerca de 10% para o pico, e 18% para a média, em relação ao necessário, de 40 g e 20 g respectivamente. Os resultados do ensaio de compressão do dispositivo também ficaram abaixo do permitido, com o conjunto montado para o ensaio sendo capaz de absorver 45 % do exigido. Possíveis justificativas para este valor são o fato de o tubo da representação estrutural possuir pouca espessura, e não ter suportado a carga exercida, além de possíveis falhas de procedimento durante o ensaio. Por fim, verificou-se a necessidade de aumentar a espessura do tubo, a fim de garantir maior resistência mecânica ao dispositivo, realizar uma nova construção e ensaio do dispositivo, a fim de avaliar novamente a eficácia do conjunto e o seu desempenho real, e assim, comprovar se o mesmo se encontra apto ou não para ser utilizado durante a competição. 2022-07-11T21:47:21Z 2022-07-11T21:47:21Z 2021-12-15 bachelorThesis CHIQUETO, Pietro Albuquerque. Projeto, desenvolvimento e análise de atenuador de impacto para um veículo Fórmula SAE. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29043 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Ponta Grossa Brasil Departamento Acadêmico de Engenharia Mecânica Engenharia Mecânica UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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CHIQUETO, Pietro Albuquerque. Projeto, desenvolvimento e análise de atenuador de impacto para um veículo Fórmula SAE. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2021. |
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