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ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE CHASSI TUBULAR PARA MINI BAJA

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ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE CHASSI TUBULAR PARA MINI BAJA 
 
Gabriel Cruz Buffa1, Richard Gustavo de Souza Silva1 e Leonardo Ribeiro Concha de Freitas1 
Francisco José da Silva Henriques2 
 
1Aluno do curso de Engenharia Mecânica, Universidade São Francisco; Campus Campinas-
Swift 
2Professor Orientador Francisco José da Silva Henriques, Curso de Engenharia Mecânica, 
Universidade São Francisco; Campus Campinas-Swift 
 
Resumo. As estruturas de chassis automotivos suportam os mais diversos tipos de esforços 
gerados por irregularidades nos terrenos por onde os veículos trafegam, por isso são 
considerados itens essenciais na concepção de um automóvel. 
Os veículos baja, apresentam chassi do tipo gaiola (spaceframe), de modo a garantir a segurança 
do piloto e a integridade do carro. Esse tipo de estrutura é composto por uma malha de tubos, 
formando uma cúpula de segurança para o piloto para o caso de acidentes. 
No projeto de análise e desenvolvimento de um chassi tubular para mini baja, a principal 
justificativa é otimização do sistema, onde a procura pelo equilíbrio estrutural é o ponto chave. 
Em relação aos materiais, foram escolhidos três para serem estudados, os aços SAE 1020 e SAE 
1045. 
Foram dimensionadas duas estruturas com diferentes configurações para a realização dos 
estudos de capacidade de resistência as cargas aplicadas, todo o processo foi feito em software 
CAD (Design auxiliado por computador), onde foram feitas as modelagens e as simulações das 
cargas sendo aplicadas no chassi. A segunda estrutura desenvolvida apresentou as 
características estruturais e de otimização desejadas, foi possível observar a absorção dos 
esforços sem que houvesse alguma falha do chassi, resultado diferente do que foi visto com a 
aplicação das cargas no primeiro modelo de estrutura proposto. Com os resultados referentes 
as simulações no segundo modelo, pode-se afirmar que o objetivo do trabalho foi atingido. 
 
Palavras-chave: baja, chassis automotivos, simulação CAD, aços SAE. 
 
Introdução 
 
Veículos baja são projetados para serem robustos, competitivos e dinamicamente 
eficientes. As pistas de competição são denominadas “fora da estrada”, ou seja, percursos onde 
a terra é predominante. São lombadas, morros, lama, entre outros obstáculos que devem ser 
superados sem que o veículo apresente falhas, sejam elas mecânicas ou estruturais referentes a 
falhas no chassi. 
O chassi gaiola (spaceframe), é o tipo de chassi utilizado para estruturar os veículos baja 
[1]. Essa configuração apresenta como um de seus atributos a capacidade de agir como uma 
estrutura que distribui apropriadamente as forças atuantes nos tubos e painéis, apresentando boa 
resistência mecânica à torção e à flexão, que segundo a referência [2], são frutos da distribuição 
tridimensional das treliças e, as forças que venham a atuar nos vértices das juntas são 
decompostas em cargas de tração e compressão em suas arestas. 
Existem diversos modos de desenvolver um chassi do tipo gaiola, a variedade dos tipos 
de materiais que podem ser utilizados em sua composição é grande, a forma como os tubos são 
dispostos é variável, o tipo de solda utilizado é diferente em cada caso e os diversos fatores 
externos como forças de tração, torção, contração, peso do piloto e dos componentes, são todos 
fatores que influenciam diretamente em como o chassi irá se comportar quando o veículo estiver 
em uso e a estrutura for solicitada. 
A principal preocupação em relação à deformação do chassi são os esforços 
provenientes de variações no terreno, obstáculos, mudanças de trajetória e em caso de colisão 
ou capotamento. Os esforços presentes no chassi segundo as literaturas [3], [4] são flexão, 
gerada quando as rodas do veículo se chocam com obstáculos simétricos como troncos e 
caixotes, torção, ocorre quando apenas uma das rodas do veículo passa por depressões ou 
ondulações na pista, cargas laterais, são geradas na realização de curvas em diferentes 
velocidades e, por último, as cargas geradas no caso de colisão do veículo, nesse caso podem 
haver forças laterais, verticais e frontais atuando sobre a estrutura. 
 
Simulação Computacional 
 Os softwares utilizados em simulação computacional permitem a realização de análises 
e melhora da qualidade dos produtos estudados, o que os torna amplamente utilizados por 
pessoas e empresas no processo de criação de projetos. A utilização do método dos elementos 
finitos (MEF) [5] é um dos modos como esses softwares realizam a análise estrutural do 
material. São avaliadas as deformações, deslocamentos, tensões e outras variações do uso do 
método, como análise térmica, eletromagnética e assim por diante [6]. 
 Tendo um modelo dentro do software de simulação, é criada uma malha, dividindo o 
mesmo em diversas peças pequenas, transformando um problema de alta complexidade de 
resolução, em um conjunto de problemas mais simples de se resolver. Durante a simulação é 
utilizado um sistema de equações que relacionam as propriedades dos materiais com as diversas 
variações de deslocamento, ligações da estrutura, tensões e alguns outros fatores que podem 
estar presentes na estrutura com base nas definições feitas no programa [6]. 
 De acordo com a referência [5]. O método utilizado para a obtenção dos valores das 
tensões presentes nos modelos é o critério de von Mises. A base de cálculo deste método é 
calcular a tensão equivalente de von Mises (𝜎𝑣𝑜𝑛 𝑀𝑖𝑠𝑒𝑠) presente em um ou mais componentes, 
utilizando a equação 1, que tem como parâmetros a tensão de escoamento e as tensões máxima 
(𝜎1), média (𝜎2) e mínima (𝜎3) presentes no componente. 
 
 (1) 
 
𝜎𝑣𝑜𝑛 𝑀𝑖𝑠𝑒𝑠 = √
[(𝜎1 − 𝜎2)
2+(𝜎2 − 𝜎3)
2+(𝜎1 − 𝜎3)
2]
2
 
O material começa a escoar no local onde a tensão de von Mises é igual a tensão de 
escoamento, ocasionando o início da deformação plástica. 
 
 
Esforços 
 Na realização do estudo sobre os chassis, é feito a simulação dos modelos para que seja 
analisado as reações do mesmo quando submetido a uma colisão frontal, colisão traseira e 
rolagem, sendo necessário a aplicação de esforços sobre a estrutura. 
Com base na referência [9], para a realização da simulação, são calculadas as forças 
relativas à colisão do veículo a uma velocidade definida dentro de um curto período de tempo. 
A obtenção do cálculo das forças foi feita utilizando-se a equação 2. 
 𝐹 =
𝑚(𝑣𝑓−𝑣𝑖)
∆𝑡
 (2) 
Onde: 
F – Força (N); 
m – Massa do veículo com o piloto (kg); 
Vf – Velocidade final (m/s); 
Vi – Velocidade inicial (m/s); 
∆t – Variação de tempo (s); 
 
O estudo e desenvolvimento de um chassi para mini baja é um projeto focado na 
otimização estrutural, onde a busca por pontos cruciais como melhoramento da estrutura são 
essenciais. Todo o desenvolvimento é voltado para modelagem de um chassi que apresente boas 
condições de adentrar em competições de alto nível sem que ocorram falhas estruturais. 
O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento e simulação em software de um chassi 
para mini baja e, tem-se como objetivo específico o desenvolvimento de uma estrutura tubular 
e sua otimização, buscando o aumento de resistência do chassi, tornando-o mais seguro e 
competitivo. Utilizando o software SolidWorks [7], serão desenvolvidas duas variações do 
chassi gaiola para os aços SAE 1020 e SAE 1045. Eles apresentam um teor de carbono em sua 
composição entre 0.15% e 0.48% [8], o que os torna excelentes para utilização em chassis do 
tipo gaiola, pois apresentam resistência a ruptura, são maleáveis e são relativamente fáceis de 
soldar, mas, apenas aquele que apresentar as melhores características em relação ao projeto será 
utilizado.Após a definição da proposta dos modelos, serão simulados os esforços sobre cada 
chassi utilizando-se o método dos elementos finitos. Partindo dos resultados de cada simulação, 
será selecionado o chassi que apresentar as melhores características. 
 
Material e Métodos 
 O chassi para veículo baja foi desenvolvido em software utilizando as premissas básicas 
do regulamento SAE [10] como parâmetro para as dimensões e características presentes no 
projeto. 
𝜎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 ≤ 𝜎𝑣𝑜𝑛 𝑀𝑖𝑠𝑒𝑠 
 Utilizando o software SolidWorks, foram concebidos dois modelos de chassi propostos 
pelo trabalho de otimização e, com a utilização da extensão simulation, foi possível realizar as 
análises modais, análise das reações das cargas aplicadas simulando colisões e as deformações 
no chassi causadas pelos impactos no caso de tombamento. Os resultados de cada simulação 
foram demonstrados em forma de um relatório gerado pelo próprio programa, onde estão 
listadas as propriedades do material utilizado, as características definidas para a realização da 
simulação e informações sobre as tensões resultantes em cada caso. 
As figuras (1) e (2) representam os modelos de chassi propostos. 
 
 
Figura 1 - 1° Modelo de Chassi 
 
Figura 2 - 2° Modelo de Chassi 
 
O primeiro passo para a modelagem de um chassi foi a escolha do perfil de tubo a ser 
utilizado na estrutura. O diâmetro escolhido para a tubulação foi de 24,5 mm (1 polegada) com 
3 mm de espessura de parede. 
Os materiais selecionados para a aplicação nos modelos de chassi foram os aços AISI 
1020 e AISI 1045. Essa seleção foi estabelecida a partir das propriedades apresentadas na 
Tabela 1 e do custo de cada material, além da norma SAE, que especifica um teor mínimo de 
carbono para os materiais de 0,18% [10]. 
 
Tabela 1 - Propriedades AISI 1020 e AISI 1045 
Propriedades AISI 1020 AISI 1045 
Nome: AISI 1020 AISI 1045 
Tipo de modelo: Isotrópico linear elástico Isotrópico linear elástico 
Critério de falha 
predeterminado: 
Tensão de von Mises 
máxima 
Tensão de von Mises 
máxima 
Limite de escoamento: 351 MPa 530 MPa 
Resistência à tração: 420 MPa 625 MPa 
Módulo elástico: 200 GPa 205 GPa 
Coeficiente de Poisson: 0.29 0.29 
 
Foram realizados testes de colisão frontal e traseira, aplicação de cargas referentes ao 
tombamento aplicadas nas laterais e na parte superior do chassi, além da análise modal referente 
as vibrações na estrutura. 
Na realização das simulações, foi levado em consideração as propriedades de cada 
material, a velocidade no momento de cada impacto e a magnitude das vibrações causadas pelos 
componentes do carro, principalmente o motor. As propriedades mais importantes para os 
estudos são os valores do limite de escoamento, da resistência a tração e as máximas tensões 
resultantes em cada simulação. 
Para a determinação dos resultados nos casos de colisão e impactos, os valores das 
tensões máximas atingidas na estrutura não devem exceder os valores da resistência a tração 
dos materiais, pois significaria a ruptura do material nos pontos onde o valor é maior. No caso 
do estudo de frequência, a vibração a ser tomada como base é a gerada pelo motor do carro, ou 
seja, a frequência atingida na simulação não pode ser menor que o valor gerado pela rotação do 
motor, pois isso indicaria problemas estruturais no chassi ao se atingir determinadas 
frequências. 
 
Resultados e Discussão 
 O ponto de partida do projeto foi a modelagem de uma primeira estrutura de chassi 
apresentada na figura (1), para então realizar a simulação do mesmo aplicando os materiais, os 
pontos de fixação do chassi e os pontos de aplicação das forças, para então, realizar a 
modelagem de um segundo chassi, representado pela figura (2). 
 A determinação da força a ser utilizada nas simulações de colisão frontal e traseira 
depende de alguns fatores como peso do piloto, peso do chassi com todos os componentes do 
carro presentes (pneus, rodas, fluidos, proteções entre outros) e também depende da velocidade 
em que o carro se encontra no momento da colisão. Em consulta as normas da SAE para 
veículos baja, fica definido que o chassi deve suportar o peso de uma pessoa com no máximo 
109 kg [6]. Em consideração a norma, o peso estimado para o modelo do chassi completo mais 
o piloto foi definido em 290 kg. 
 A velocidade estimada dos veículos na pista fica em torno dos 35 km/h, por este motivo, 
foi definida uma velocidade inicial no valor de 36 km/h e, a variação de tempo durante a colisão 
foi adotada como sendo 0,1 s. 
 Aplicando-se na equação (1) os valores determinados, onde a velocidade inicial é 36 
km/h, a velocidade final de 0 km/h, a variação de tempo é 0,1 s e o valor da massa de 290 Kg, 
foi possível o obter o um valor de: 
𝐹 = 29000 (𝑁) 
Com a obtenção do valor da força a ser aplicada, pode ser feita a análise de colisão 
traseira e frontal dos modelos de chassi a partir da simulação. 
Para o estudo de tombamento, a força a ser aplicada na estrutura foi definida a partir da 
queda do carro à uma altura de 1m e, levando em conta o peso estimado do carro de 290 kg, a 
força poder ser calculada multiplicando-se a força da gravida pela massa do carro e a altura da 
queda, atingindo um valor de 2845 N. 
A análise modal do chassi refere-se ao estudo da estrutura sob a excitação por vibrações, 
obtendo como resultado a resposta dinâmica estrutural. Para o cálculo da frequência as quais o 
chassi será exposto quando em uso, tem-se a máxima rotação de um motor 10 HP no valor de 
3800 rpm e, ao dividir esse valor por 60 segundos, obtemos o valor da frequência máxima 
gerada pelo mesmo no valor de 63.3 Hz. 
Modelo de Chassi 1 
O primeiro caso a ser estudado foram as colisões frontais com os materiais AISI 1020 e 
AISI 1045 constituindo a estrutura. A força foi aplicada de forma distribuída na parte frontal 
da estrutura e os pontos de fixação foram definidos nas partes inferiores do chassi, 
representando os pontos de fixação da suspensão. 
 
 
Figura 3 - Simulação de colisão frontal para aço AISI 1020 
 
Figura 4 - Simulação de colisão frontal para aço AISI 1045 
 
 Analisando as simulações para o caso de colisão frontal, foi possível identificar uma 
tensão máxima no valor de 2087 MPa (aço 1020) e 1929 Mpa (aço 1045), o que remete a 
presença de deformação elástica e plástica, além da ocorrência de ruptura em determinados 
locais da estrutura. 
 Observando as barras frontais (local de aplicação das cargas), é visto que a maior parte 
da deformação para os aços 1020 e 1045 se dá no regime plástico. 
Após a realização da simulação de colisão frontal, foi realizado o ensaio de uma colisão 
traseira para os dois materiais. A carga considerada para a simulação é a mesma da colisão 
frontal e foi distribuída uniformemente em todo o painel traseiro, simulando a colisão. Os 
pontos de fixação do chassi foram mantidos os mesmos. 
 
 
Figura 5 - Simulação de colisão traseira para aço AISI 1020 
 
Figura 6 - Simulação de colisão traseira para aço AISI 1045 
 
Ao analisar as simulações para o caso de colisão traseira, foi possível identificar uma 
tensão máxima no valor de 970,3 MPa para ambos os materiais, o que remete a presença de 
deformação elástica e plástica, além da ocorrência de ruptura em determinados locais da 
estrutura. 
Observando as barras inferiores traseiras, local onde foram aplicadas as cargas, foi 
possível identificar que para o aço 1020, a maior parte da deformação acontece em regime 
plástico e, para o material 1045 no regime elástico. 
O próximo passo da simulação é a aplicação de cargas superiores com o intuito de 
representar o capotamento do carro quando em uso. O valor da carga aplicada é de 2840 N, 
distribuída uniformemente sobre as barras superiores da estrutura. 
 
 
Figura 7 – Simulação de impacto superior para aço AISI 1020 
 
Figura 8 - Simulação de impacto superior para aço AISI1045 
 
Nas simulações para o caso de capotamento, foi possível identificar uma tensão máxima 
no valor de 454,7 MPa para ambos os materiais. Levando em consideração as tensões de 
escoamento e as resistências a tração mencionadas na tabela 1, foi identificada a presença de 
deformação elástica para o caso dos dois materiais, porém, devido as características do aço 
1020, a presença de deformação plástica e ruptura também foi constatada. 
Ainda referente a simulação de tombamento, foram aplicadas cargas nas laterais direita 
e esquerda do modelo, de forma a representar o tombamento do carro na pista. 
 
 
Figura 9 - Simulação de impacto na lateral direita para aço AISI 1020 
 
Figura 10 - Simulação de impacto na lateral direita para aço AISI 1045 
 Foi observado nas simulações com cargas laterais aplicadas no lado direito que ouve a 
ruptura em uma das junções com a base do chassi, pois as tensões geradas apresentaram valor 
de 737 MPa, valor maior que o limite de escoamento e resistência a ruptura dos dois tipos de 
aço utilizados. 
 
 
Figura 11 - Simulação de impacto na lateral esquerda para aço AISI 1020 
 
Figura 12 - Simulação de impacto na lateral esquerda para aço AISI 1045 
 
As cargas aplicadas na lateral esquerda apresentaram resultados semelhantes às do lado 
direito. Foi observado a presença de ruptura do material na junção com a base do chassi na 
composição com os dois materiais. As tensões geradas têm valores de 733,3 MPa (aço 1020) e 
732,9 MPa (aço 1045). 
A análise modal realizada pelo programa gera 5 valores de frequências para as quais o 
chassi apresenta respostas dinâmicas estruturais, porém, a mais importante das frequências é a 
primeira, pois representa o menor valor para que haja alguma resposta estrutural. Por este 
motivo, foram listadas apenas os primeiras valores de frequência acusadas para cada material. 
 
 
Figura 13 – Análise modal para aço AISI 1020 
 
Figura 14 – Análise modal para aço AISI 1045 
 
Levando em conta a utilização de um motor de 10 HP, as frequências geradas poderão 
atingir picos de até 63,3 Hz, o que é um indicativo de que o chassi não deve reagir a frequências 
menores ou iguais as geradas pela vibração do motor. Observando as análises modais 
realizadas, foi possível identificar as frequências de 38,2 Hz com a utilização do aço 1020 e 
40,6 Hz para o aço 1045. Esses valores representam que ao atingir os valores de frequência 
gerados pelo motor, a estrutura do chassi irá se comportar de uma forma indesejada, ou seja, a 
estrutura precisa ser melhorada. 
 
Modelo de chassi 2 
 Em busca de melhorias, o segundo modelo de chassi foi exposto as mesmas simulações 
realizadas com o primeiro modelo. 
 O primeiro caso a ser estudado foi a aplicação de carga frontal. Uma força no valor de 
29.000 N foi aplicada de forma distribuída sobre as barras frontais da composição do chassi, de 
forma a simular uma colisão frontal. 
 
 
Figura 15 - Simulação de colisão frontal para aço AISI 1020 
 
Figura 16 - Simulação de colisão frontal para aço AISI 1045 
 
 Após mudanças na composição do chassi, a análise demonstra que os valores de tensão 
máximas presentes no chassi não ultrapassam os valores de resistência a tração dos materiais. 
Para a composição com aço 1020, a tensão máxima atingida foi de 387,3 MPa, havendo 
deformação elástica e plástica e, para o aço 1045, a tensão máxima foi de 387,2 MPa, com 
presença apenas de deformação elástica. Em ambos os modelos não houve ruptura da estrutura. 
 Para a simulação de colisão traseira, foi utilizada a mesma carga de 29.000 N. A única 
diferença é o local de aplicação das cargas, agora distribuída na parte traseira da estrutura. 
 
 
Figura 17 - Simulação de colisão traseira para aço AISI 1020 
 
Figura 18 - Simulação de colisão traseira para aço AISI 1045 
 
 Ao se analisar os resultados da simulação, foram identificadas características próximas 
as da colisão frontal. Para o caso do aço 1020, a tensão máxima atingida foi de 400 MPa e, para 
o aço 1045, a tensão foi de 399,9 MPa. Os dois materiais apresentam deformação elástica, 
porém, o aço 1020 também apresentou pontos de deformação plástica. 
 A absorção do impacto aconteceu de forma esperada nas duas estruturas, sem que 
houvesse ruptura no chassi. 
 A próxima aplicação de forças é referente a simulação de capotamento do chassi, onde 
foi aplicada uma carga distribuída no valor de 2840 N sobre a parte superior da estrutura. 
 
 
Figura 19 - Simulação de impacto superior para aço AISI 1020 
 
Figura 20 - Simulação de impacto superior para aço AISI 1045 
 
 Para o caso de capotamento, o chassi deve suportar as tensões sobre ele aplicadas para 
proteger o piloto de se machucar. Os resultados analisados nesta simulação, demonstram que 
para ambos os materiais, a tensão máxima sobre a estrutura no momento do impacto é de 267.9 
MPa, não ultrapassando a tensão de escoamento de nenhum dos aços utilizados, garantindo que 
a estrutura apresente apenas deformação elástica e ausência de ruptura do material, mantendo 
o piloto seguro. 
 Ainda referente a simulação de capotamento, foram aplicadas forças nas barras laterais 
direita e esquerda do chassi, com o intuito de representar o tombamento do carro na pista. Foram 
aplicadas as mesmas forças utilizadas na simulação anterior no valor de 2840 N. 
 
 
Figura 21 - Simulação de impacto na lateral direita para aço AISI 1020 
 
Figura 22 - Simulação de impacto na lateral direita para aço AISI 1045 
 
 Ao se aplicar de forma distribuída a força de 2840 N na lateral direita do chassi, a tensão 
máxima na estrutura com material aço 1020 foi de 383,8 MPa e, para o caso com material aço 
1045, um valor máximo de 383,5 MPa. Ambas a estruturas apresentaram deformações no 
regime elástico, porém para aço 1020, também houve deformação plástica. 
 
 
Figura 23 - Simulação de impacto na lateral esquerda para aço AISI 1020 
 
Figura 24 - Simulação de impacto na lateral esquerda para aço AISI 1045 
 
 Ao se aplicar de forma distribuída a força de 2840 N na lateral esquerda do chassi, a 
tensão máxima na estrutura com material aço 1020 foi de 386,5 MPa e, para o caso com material 
aço 1045, um valor máximo de 386,3 MPa. Ambas a estruturas apresentaram deformações no 
regime elástico, porém para aço 1020, também houve deformação plástica. 
 Para analise modal o segundo chassi deve suportar os esforços gerados pela vibração do 
motor em operação na qual o motor gera uma frequência entorno de 63,3 Hz. Sendo assim as 
simulações seguem o mesmo princípio aplicados no primeiro chassi. 
 
 
Figura 25 - Análise modal para aço AISI 1020 
 
Figura 26 - Análise modal para aço AISI 1045 
 
Com base nas simulações realizadas ficou evidente que a estrutura superior do chassi é 
o local aonde se tem maior interação das cargas geradas pelas frequências sendo assim 
necessário sua melhoria. Na busca pela otimização, foram adicionadas duas barras nas laterais 
esquerda e direita, além de uma barra diagonal entre o vão da parte superior do chassi, evitando 
as baixas vibrações de ressonância que estavam presentes no primeiro modelo. As barras estão 
demonstradas na figura 27. 
Após se realizar as análises e aplicar as alterações necessárias mediante os conceitos de 
otimização da estrutura, obteve-se os resultados esperados. Houve mudança nos valores da 
frequência de 38,2 Hz para 82,4 Hz no Aço 1020 e de 40,6 Hz para o valor de 83,7 Hz no Aço 
1045. Esses valores demonstra uma grande melhoria da estrutura suportando os esforços 
gerados pela vibração do motor sem ocorrer danos no mesmo. 
 
 
Figura 27 – Apontamento das geometrias utilizadas na otimização para evitar as vibrações 
 
Conclusões 
 
 Ao analisar os resultados das simulações, ficou claro que houve uma melhora 
significativa com a modelagem do segundo chassi em relação ao primeiro e, por esse motivo, 
o segundochassi foi escolhido para compor a estrutura do mini baja. Em relação ao material, 
tanto o aço 1020 como o aço 1045 apresentaram bons resultados, tendo como única diferença 
a presença de deformação no regime plástico em alguns casos com a utilização do aço 1020, 
porém, isso não significa algo ruim, pois a deformação plástica ajuda na absorção dos impactos 
sobre a estrutura. Levando em conta o custo dos materiais, as propriedades mecânicas e as 
características observadas nas simulações, foi determinado que a composição do chassi 
escolhido será de aço 1020, ele apresenta melhor soldabilidade, possui resistência a ruptura 
capaz de suportar as tensões presentes na estrutura e o preço é inferior ao aço 1045. 
 Ao longo do estudo foi necessário reavaliar o design do chassi (conforme figura 2) para 
solucionar os problemas observados quanto as possíveis frequências de ressonância geradas 
pela vibração do motor, além da busca por uma estrutura mais resistente a impactos. Com os 
resultados expostos, foi possível demonstrar que o projeto atingiu o seu objetivo, a elaboração 
e otimização de um chassi para mini baja, através do uso de software de simulação CAD, 
tornando a estrutura resistente e segura para uso. Como forma de aprendizado e validação, 
existe a proposta para um trabalho futuro com o foco na construção da estrutura tubular para 
aplicação em situações reais de estresse. 
 
Referências Bibliográficas 
 
[1] SILVA, Atália Paulino Corrêa da; VIEIRA, Paulo Henrique; TAVARES, Thomas. Proposta 
de otimização estrutural do veículo baja SAE. 2016. 72 f. TCC (Graduação) - Curso de 
Mecânica Automotiva, Faculdade de Tecnologia de Santo André, Santo André, 2016. 
 
[2] SHIGLEY, Joseph Edward; MISCHKE, Charles R. Projeto de Engenharia Mecânica. 7. 
ed. [s.l]: Bookman, 2005. 960 p. 
 
[3] BROWN, J.C; ROBERTSON, J.A. Motor Vehicle Structure.s.l. Elsevier, 2001. 
 
[4] ALMACINHA, J. A. S.; DINIS, L. M. J. S. Acções a Considerar no Projecto de Veículos 
Automóveis: O cálculo estático no dimensionamento da estrutura. Tecnometal, n.45, 1986. 
 
[5] CONCEITOS básicos de análise. 2016. Manual de ajuda SolidWorks. Disponível em: 
<http://help.solidworks.com/2016/portuguese-
brazilian/SolidWorks/cworks/c_Basic_Concepts_of_Analysis.htm>. Acesso em: 09 nov. 2018. 
 
[6] TAVARES, João Manuel R. S.; FONSECA, Joaquim Oliveira. Introdução ao Solidworks: 
Análise de Tensões de peças: Porto, Pt: Universidade do Porto, 2014. 30 slides, color. 
 
[7] SOLIDWORKS. 2018. Disponível em: <https://www.solidworks.com/pt-br>. Acesso em: 09 
nov. 2018. 
 
[8] ARCELORMITTAL (Comp.). Guia do Aço. 2013. Disponível em: 
<http://brasil.arcelormittal.com.br/pdf/quem-somos/guia-aco.pdf>. Acesso em: 09 nov. 2018. 
 
[9] SILVA, George Henrique Souza da. PROJETO DE UM CHASSI TIPO BAJA SAE E 
ANÁLISE DE COLISÕES EM BAIXAS VELOCIDADES. Fortaleza: Congresso Técnico 
Científico da Engenhara e da Agronomia CONTECC, 2015. 
 
[10] REGULAMENTO ADMINISTRATIVO E TÉCNICO BAJA SAE BRASIL: SAE 
BRASIL. SAE BRASIL. 2018. Disponível em: <http://portal.saebrasil.org.br/programas-
estudantis/baja-sae-brasil/regras>. Acesso em: 24 out. 2018.

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