Estrutura Baja

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Rafael de Sena Souza
Data: 02/06/2019
Calangotec Baja
Senai CIMATEC
Plano de estudo - Estrutura
O estudo e desenvolvimento estrutural de um veículo da categoria
BAJA é de grande importância e de fundamental qualificada realização para
a eficiência de todo o projeto, já que sem ele, não há o chassi, componente
do veículo que sustenta todos os outros componentes e piloto.
Nesta etapa do projeto, é analisado basicamente a composição,
organização, posicionamento e propriedades dos componentes(tubos) do
chassi e os esforços impostos a estes de forma a resistir a todos esses
esforços durante as competições, atender ao regulamento e favorecer os
demais subsistemas e à ergonomia planejada para o veículo.
Estrutura a atender o regulamento
No RATBSB (Regulamento administrativo e técnico BAJA SAE BRASIL),
são apresentados os posicionamentos e intervalos dimensionais requeridos
para cada membro do chassi, o que deve ser seguido pela equipe para
possibilitar e otimizar seu desempenho na competição.
A exemplo de partes que devem ter no chassi, temos o plano atrás do piloto
para colocação da parede corta-fogo, que evita o contato de fogo com o
piloto em caso de incêndio no motor, além disso, há o envelope de
capotamento, que se trata de componentes do chassi em volta do motor
que impossibilitam dano no mesmo por colidir com o chão no caso do
veículo capotar, outro ponto de encontro do subsistema estrutura com
algum outro, neste caso suspensão, são os olhais para fixação da
suspensão no chassi. Vale salientar que a estrutura deve permitir fácil
manutenção desses equipamentos acoplados a ela se for necessário na
competição, principalmente no enduro.
Cargas impostas aos componentes do chassi:
1. Cargas Axiais:
São todas as cargas que agem de forma a tracionar ou comprimir algum
membro no sentido longitudinal. Estas cargas podem ser impostas ao
chassi de um veículo BAJA durante a prova de tração, em que o veículo
deve puxar um dispositivo que tem seu peso aumentado gradativamente, o
qual aplica uma força contrária à imposta pelo veículo, exercendo assim,
um esforço axial sobre o veículo como um todo(conjunto de componentes).
2. Cargas transversais:
Como próprio nome já diz, é uma carga aplicada no sentido transversal ao
eixo longitudinal do corpo, podendo provocar tanto a flexão quanto o
cisalhamento da peça, um exemplo da ação de cargas transversais no
chassi de um veículo BAJA pode ocorrer ainda no teste de tração, no ponto
de reboque traseiro, no qual está conectado o dispositivo tracionado, pois
para situações em que o ponto de reboque seja em chapa, por exemplo, o
membro que sustenta-lo, sofrerá flexão.
Figura 3: Flexão de componente que sustenta o ponto de reboque
Observação: Cisalhamento pode ser entendido tanto como duas chapas se
interceptando em um plano e com forças atuando em cada uma em
separado, com o mesmo sentido e direções contrárias, quanto como um
impacto gerado por algum corpo ao “cortar” ou “perfurar” outro corpo, a
exemplo, segue uma foto de ensaio de cisalhamento de parafuso, utilizado
para quantificar a resistência deste.
Figura 4: Ensaio de cisalhamento de parafuso.
Fonte: PUC Goiás
3. Binárias
Por último, tem-se as cargas binárias, que são aquelas que impõem o corpo
que sofrer essa carga a situação de torção ou flexão.
Propriedades estudadas para adequamento do chassi:
Linhas de zebra:
Permitem uma visualização de mudanças mínimas na estrutura que não
podem ser vistas a olho nu. Tais mudanças podem representar rugosidades
, trincado ou defeitos na estrutura analisada, que podem gerar problemas
não imaginados pela equipe se não tiverem sido analisadas as linhas de
zebra.
As linhas de zebra podem ser utilizadas no software SolidWorks, e simula o
reflexo de longas tiras de luz no corpo estudado, avaliando qual o limite
entre duas ou mais superfícies de do corpo.
Figura 5: Análise das linhas de zebra de um corpo no SolidWorks
Fonte: SolidWorks
Um exemplo de estudo que pode ser feito a partir das linhas de
zebra é sobre a facilidade de torção de algum componente do chassi ao
veículo executar uma curva.
Rigidez Torcional:
Se trata de quanto momento torsor precisa ser aplicado ao eixo
longitudinal de um corpo para que esse corpo sofra uma torção de uma
determinada angulação.
A principal situação em que os cálculos da rigidez torcional de um
veículo deve se atentar são as curvas, já que quando realizada uma curva
para a direita, por exemplo, a grande maioria do peso do veículo é
transferida para o lado esquerdo do mesmo, e pela ação da suspensão,
essa carga é transferida para o chassi do veículo, que pode torcer se não
houver a rigidez necessária. Este exemplo se aplica mais a carros que
alcançam alta velocidade, porém, para veículos como o baja pode se
pensar em algum terreno inclinado, no qual o peso do carro tenderá para
uma direção.
Para calcular a rigidez torcional, podem ser utilizados softwares que
realizem essa atividade, como o ANSYS, ou realizar na prática, por meio do
método de fixar o veículo em pontos específicos e aplicar uma força em
outro local, visando deformar os componentes entre essas posições, dessa
forma, calcula-se qual o ângulo da deformação e a força aplicada, coloca
estes valores na fórmula a seguir e encontra-se o valor de rigidez torcional
da estrutura do veículo em análise.
Kt = T / θ
Kt = Rigidez torcional;
T = Torque;
θ = Ângulo da deformação
Tabela 1: Valores característicos de rigidez torcional para diferentes
veículos
Fonte: Barbosa (2005)
A tabela acima aborda apenas uma média da rigidez torcional dos
veículos dessas categorias, não abrangendo uma restrição.
Rigidez à flexão:
Refere-se ao quanto uma estrutura resiste a fletir ao sofrer uma carga
transversal à estrutura, evitando, desta maneira, sofrer deformação e
garantindo uma boa estabilidade. A análise adequada dessa propriedade
fornece apoio a outros subsistemas, principalmente à suspensão, e à
ergonomia e conforto do piloto.
Para realizar o cálculo de rigidez à flexão, geralmente são utilizados
softwares, em destaque o ANSYS, porém, para calcular manualmente,
utiliza-se :
M = Rigidez à flexão;
E = Módulo da elasticidade.
Ik = Momento de inércia da seção transversal de uma viga(no caso se refere
ao componente do chassi) em torno do eixo de interesse.
Referências:
http://dspace.unipampa.edu.br/bitstream/riu/2066/1/Guilherme%20Augusto
%20Marques%20de%20Andrade%20-%202017
http://help.solidworks.com/2012/portuguese-brazilian/solidworks/sldworks/c_
zebra_stripes.htm
https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/139256/000865419.pdf?
sequence=1.pdf
http://saebrasil.org.br/wp-content/uploads/2020/03/RATBSB_emenda_03.pd
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