PROJETO DE UM CHASSI DO TIPO SPACE FRAME PARA VEÍCULO … · 5 TFC 2018 – TRABALHO FINAL DE CURSO O ângulo máximo que um tubo pode ser dobrado sem que haja imperfeições é

UNIVERSIDADE PARANAENSE – UNIPAR CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

UMUARAMA/PR

1 TFC 2018 – TRABALHO FINAL DE CURSO

PROJETO DE UM CHASSI DO TIPO SPACE FRAME PARA VEÍCULO DE

COMPETIÇÃO

Andrey Barreto Molinari, [email protected]

Eric Valentim Giménez, Eric [email protected]

Patrik Americo Pollizello Lopes, [email protected]

Resumo: O chassi é um elemento estrutural utilizado em veículos automotores de todos os tipos, e

tem como finalidade dar sustentação aos diversos componentes e também assegurar a integridade

dos passageiros. Contudo, alguns chassis precisam ter propriedades diferenciadas, como é o caso

de veículos de competição, que necessitam ser leve e ao mesmo tempo resistente aos

carregamentos. Com isso, este trabalho procurou elaborar um projeto de um chassi do tipo space

frame para aplicação em carros de competição. Após realização dos desenhos, foi ralizada uma

análise estática, para obter os dados de tensão de flexão e torção que podem gerar variações no

formato do chassi. Para os testes e simulações foi utilizado o software CAD (solidworks), onde foi

possível adicionar todos carregamentos e esforços que um chassi pode receber durante sua vida

útil. A finalidade da aplicação do programa no chassi é calcular a resposta da estrutura às

solicitações a que mais frequentemente estará sujeita. Com base nos resultados das análises, foi

possível verificar que o chassi projetado é suficiente para receber os esforços provenientes das

cargas pré-estabelecidas.

Palavras-chave: análise estática, elementos finitos, materiais mecânicos, solda e dobra.

1. INTRODUÇÃO

Muitas pessoas sentem paixão pelo automóvel, e para usufruir mais dessa paixão e dessa obra de

arte que arranca aplausos quando balançada a bandeira quadriculada, o automóvel começou a ser

utilizado como um esporte. “Sua primeira participação oficial foi em 1894, quando foi organizada a

primeira competição na França, com um teste de confiabilidade para determinar o melhor

desempenho” (CARVALHO, 2012).

Com o passar dos anos essas competições dão início a busca por melhor eficiência e

desempenho, vindo a separar as corridas em categorias, que por sua vez criam e testam suas novas

tecnologias na pista. Logo, a participação de engenheiros é fundamental nesse processo, por se

tratar de um profissional versátil e com formação adequada para criar e aperfeiçoar sistemas,

através da prática com pesquisas e experimentos, além do raciocínio lógico para resolver problema

(BAZZO; PEREIRA, 2006).

Para tanto, o surgimento de materiais mais leves e resistentes, a criação de sistemas

termodinâmicos mais eficientes e o desenvolvimento de sistemas dinâmicos com menor perda de

energia, foram alguns dos fatores que desencadearam o surgimento de tecnologias mais avançadas

para os veículos de competição, e contribuíram para que novas conquistas fossem alcançadas.

Além disso, essas novas tecnologias acabam encontrando um patamar de viabilidade construtiva

e econômica para que posteriormente as montadoras de veículos possam utilizá-las para equipar os

carros de passeios produzidos no mundo inteiro, trazendo então benefício para a população e para o

meio ambiente (OLIVI, 2014).

mailto:[email protected]



UNIVERSIDADE PARANAENSE – UNIPAR

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA - UMUARAMA/PR


Essa busca por tecnologias avançadas e componentes de alto padrão visa cada vez mais a

redução de peso e o ganho de potência, aliados com a segurança dos passageiros. Essas

características estão fortemente ligadas ao chassi do veículo, que nada mais é do que o seu principal

componente estrutural, servindo de suporte para grande parte dos outros componentes, como motor

e a suspensão.

Um tipo de chassi bastante presente em veículos de competição é o chassi space frame, ou

chassi de estrutura espacial. “Esse modelo foi utilizado pela primeira vez em uma produção em

série pela Audi, através do A8, lançado em 1994 e dotado de um chassi space frame construído em

alumínio extrudido, tendo a marca dos quatro anéis voltado ao tema com o mais recente A2”

(SPACE FRAME, 2018).

As características construtivas de um chassi do tipo space frame dependem da aplicação e das

limitações do uso do veículo. Essa estrutura costuma ser bastante resistente, ao mesmo tempo que é

otimizada a fim de reduzir o peso total e proteger os passageiros dentro do veículo. Em razão disso

um componente com esse grau de relevância deve ser pensado e projetado com objetivo de obter o

melhor desempenho estrutural.

Com isso, esse trabalho visa elaborar um projeto de um chassi do tipo space frame para um

veículo de competição utilizado apenas para fins acadêmicos, transmitindo conhecimento sobre

segurança veicular, potência e desempenho, além de promover a prática dentro da universidade.

Para isso, será realizado um esboço primário do chassi, a escolha dos perfis e materiais a serem

usados, e a análise de esforços estáticos desse componente, auxiliado por software CAD - Desenho

Auxiliado por Computador.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O chassi space frame pode ser projetado de forma a atender às diversas necessidades de

competição, partindo de um projeto mais simples até um projeto mais complexo. O conceito base

do projeto de um chassi do tipo space frame é composto por tubos, os quais estão dispostos em

formatos triangulares ou treliças. O formato de treliça aumenta a profundidade da estrutura e, com

isso, aumenta sua estabilidade estrutural e sua resistência à flexão e torção quando submetido a

diversos tipos de carregamentos (HAPPIAN-SMITH, 2001).

“Uma verdadeira estrutura space frame é uma completa estrutura na qual todas as junções

podem ser flexíveis sem que o chassi perca assim sua rigidez” (COSTIN et al., 1974).

Para o projeto de um chassi do tipo space frame é importante que seja levado em consideração

fatores que são necessários para sua boa performance, como por exemplo; os requisitos funcionais,

tipo de material, união dos componentes, dobra, forma da estrutura e o método de projeto mecânico.

2.1. Requisitos funcionais

O chassi é o principal componente da estrutura veicular, é a parte que ancora o restante dos

componentes de um carro, servindo para absorver impactos proveniente das rodas e dos

amortecedores e fazendo a função de estabilizar o veículo sem que o mesmo venha a sofrer

deformações. O chassi space frame consiste em um arranjo de tubos conectados por nós, cuja

finalidade é possível citar.

- Acoplamento dos componentes do veículo: motor, suspensão, direção e caixa de transmissão.

- Sustentação dos painéis externos

- Elemento de segurança

- Absorve energia em conjunto com os amortecedores

- Absorver impactos e dissipar a energia sem comprometer o “cockpit”.




2.2. Material

A escolha do material é de suma importância para o projeto técnico do chassi, a qual é feita uma

análise das propriedades para a escolha do melhor material para o desenvolvimento do projeto. O

material usado é o que vai designar se a estrutura precisa ter mais pontos de nós ou reforços do tipo

triângulo para que o chassi não venha sofrer torções quando submetido a esforços. “Alguns

componentes devem ser Projetados mais com base na energia absorvida do que na capacidade de

resistir aos carregamentos”. (JUVINAL,2013).

Seguindo este raciocínio, é possível ver que é melhor obter um material mais maleável do que

rígido, considerando que o mesmo quando sofrer impacto, irá absorver e dissipar energia

protegendo os componentes internos e o piloto. A capacidade do material de absorver e dissipar

energia é chamada de tenacidade, e para saber qual a tenacidade de cada material, é

tradicionalmente utilizado o ensaio de Charpy e Izod.

As etapas do processo de seleção de um material são: análise dos requisitos, identificação dos

materiais, seleção e avaliação dos materiais candidatos à escolha e testes e verificação. O material

que atende as especificações é o Aço SAE 4130, com a característica de boa resistência e

tenacidade, esse material tem baixo teor de carbono e contém em sua composição cromo-

molibdênio que faz aumentar sua resistência e melhora suas propriedades mecânicas. Suas

características podem ser modificadas de acordo com o tipo de projeto, em que o Aço cromo-

molibdênio 4130, é fabricado, alterando as propriedades físicas e químicas como a porcentagem de

carbono, cromo e o molibdênio e seu processo de fabricação geralmente é por meio de extrusão.

A imagem a seguir refere-se aos tubos utilizados em chassis space frame constituído do material

Aço cromo-molibdênio 4130.

Figura 1 - Tubos de aço cromo-molibdênio 4130 extrudado.

Fonte: Açosporte (2018)

2.3. União dos componentes

O processo de soldagem é a técnica mais escolhida para a união dos componentes, onde se pode

ter uma segurança maior em questão de fixação por vários tipos de soldas utilizadas, e é necessário

escolher a solda específica dependendo do material a ser unido.

No século XX foi desenvolvida os tipos de solda mais utilizadas hoje em dia na indústria

automobilística substituindo antigos modelos de união de componentes, e trazendo melhorias como

a redução de peso e redução de custos de fabricação ou montagem de um chassi. Dependendo da

composição do material a ser soldado, existem variados processos de soldagem, chamado de




soldagem a arco voltaico, como por exemplo a soldagem por eletrodo revestido, soldagem TIG e a

soldagem MIG/MAG.

Todos os processos de soldagem têm sua aplicação específica na fabricação de um chassi space

frame, porém vale ressaltar que para obter uma alta qualidade, e estrutura mais complexa é utilizada

a soldagem TIG.

A soldagem TIG é um processo de soldagem ao qual pode se obter duas versões: com material

de adição ou sem material de adição, é utilizada em materiais com espessuras mais finas obtendo

um ótimo acabamento tanto visual como de alta qualidade mecânica, mais utilizada em aços

inoxidáveis, aços comuns e ligas, e especialmente utilizada em alumínio, magnésio e suas ligas e

metais especiais como titânio e molibdênio. É utilizada na fabricação de quadros de bicicleta, na

união de tubos e na indústria aeroespacial.

No chassi tipo space frame é utilizado a soldagem para a união da tubulação, vindo a dar forma

final (usualmente a forma de treliças). O processo de soldagem deve ser realizado por um

profissional da área que conheça as técnicas corretas de soldagem, vindo a desenvolver um chassi

mais seguro e um produto de alta qualidade, para um veículo de competição, estes fatores são

extremamente importantes. A seguir é demonstrada na figura 2 a soldagem TIG realizada em tubos

de AÇO, demostrando seu perfeito acabamento tanto em qualidade quanto visualmente.

Figura 2 - Processo de soldagem TIG feito em tubos de aço.

Fonte: WMsoldagens (2018)

2.4. Dobra (ângulo)

Os tubos de aço cromo-molibdênio vêm de fábrica em formatos retos de 6 m de comprimento

pelo diâmetro escolhido para o projeto. Para que sejam moldados de acordo com a necessidade e

para dar forma ao chassi deve-se curvar algumas partes do tubo para que o mesmo atinja o perfil

desejado para então ocorrer o processo de união por solda, e para que isso ocorra tem-se a

necessidade de dobramento. A dobra dos tubos do chassi é feita através de uma máquina

(dobradeira). Esta máquina pode ser manual ou automática, sendo necessário para um projeto mais

preciso a dobradeira automática que por sua vez terá maior precisão na hora de realizar dobras

seguindo os valores corretos de ângulo de cada parte do chassi. A dobra dos tubos deve ser exata

para que o chassi não venha ter imperfeições na estrutura como o desalinhamento, fazendo com o

que o veículo não tenha uma perfeita simetria, ocasionando desconforto na dirigibilidade e o

desgaste excessivo dos pneus.




O ângulo máximo que um tubo pode ser dobrado sem que haja imperfeições é de 90 graus,

podendo este ângulo variar de acordo a necessidade e o tipo de material usado, onde se for um

material de parede muito fina ocorre o que se chama de forma oval do tubo, fazendo com o que ele

perca suas propriedades mecânicas e suas resistências mecânicas. A seguir a figura 3 referente a

uma dobradeira de canos manual, bastante utilizada em pequenas industrias.

Figura 3 - Dobradeira de tubos manual realizando a dobra de um perfil tubular

Fonte: Pinterest (2018)

2.5. Forma da estrutura

Uma estrutura do tipo space frame procura manter a segurança dos pilotos além de também

sustentar todos os componentes de funcionamento do carro, como motor, suspensão e componentes.

Em veículos de competição que usa o chassi space frame são formados de tubos circulares de

paredes com espessuras e tipo de material que variam de acordo com a necessidade do projeto. É

importante que o projeto seja otimizado para que se tenha o melhor desempenho, levando em conta

o menor peso e buscando manter as características de resistência estrutural. A estrutura do veículo

deve seguir as normas da “confederação brasileira de automobilismo” (CBA), válidas para cada tipo

de competição.

2.6 Método de projeto mecânico

O Projeto pode e deve ser bem elaborado, sendo muito mais que uma série de desenhos

representativos e estudos das partes mecânicas. O engenheiro deve procurar entender, não apenas a

necessidade de uso do veículo, mas também deve entender em que condições de uso ele será

submetido ao longo de sua vida, facilitando sua percepção de necessidade de componentes ou

técnicas de fabricação de alta tecnologia. O processo de projeto é dedicado a criatividade do

engenheiro, onde une conhecimento das técnicas com a capacidade de desenvolver formas ou perfis

novos.

No Projeto Preliminar são elaborados todos os cálculos e dimensionamentos, bem como as

simulações numéricas e, eventualmente, a reavaliação do projeto ou de determinadas fases de

projeto. De forma sistemática são analisadas todas as propostas alternativas, concluindo-se com um

esboço ou croquis do projeto em sua forma geral. O estágio final do Projeto Detalhado envolve o

conjunto de desenhos completos e especificações de componentes, desenhos de montagem e

instalação, maquetes ou protótipos, manuais de instalação e uso e relatório final. Uma exigência que

apresentou excelentes resultados na aplicação da metodologia de projeto, foi a incorporação de um




relatório completo de atividades, com o cronograma de execução e as Atas de cada reunião de

grupo, para discussão do projeto a ser executado. (UNICAMP, 2018).

3. METODOLOGIA

Para a realização do projeto, serão levados em consideração os fatores de segurança em primeiro

lugar, visando proteger a integridade física do piloto. Em seguida procurou-se atender os requisitos

de eficiência estrutural, de forma que a estrutura fosse mantida estável, rígida e ao mesmo tempo

capaz de absorver choques.

O projeto será desenhado em um esboço primário, desenvolvendo todas suas características de

forma a atender os componentes do veículo, suportes para motor, suspensão, rodas, itens de

segurança e conforto do piloto.

Após definição e conclusão dessa etapa, o projeto preliminar será transportado para um software

CAD para a complementação da forma da estrutura, como sua resistência mecânica, resistência a

esforços internos e externos.

- Análise de Esforços (Estático).

- Análise Física (Peso e Distribuição do Peso, Comprimento, Centro de Massa).

- Os requisitos de construção também serão levados em consideração.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Evolução do modelo

Com a ideia de desenvolver um chassi space frame foram feitos os primeiros esboços na

tentativa de exemplificar um design inicial (figura 4), para que o projeto tivesse uma forma mais

realista antes de seguir os próximos passos. Sem muitos detalhes técnicos estes esboços acabam

fugindo da realidade funcional, porem fornece as primeiras impressões de como deve ficar em

questão de estética e conforto.

Figura 4 – Modelo estrutural 1: esboço feito a mão

Fonte: Autor

A partir dos desenhos realizados a mão e dos rascunhos, com medidas e escalas do projeto

definidas, foi executado o primeiro modelo no software CAD (figura 5). As etapas para o

desenvolvimento são demoradas e requerem certa habilidade com as ferramentas do software, vindo

a dar forma final ao chassi. Neste primeiro modelo, por sua vez, foi analisado sua estrutura e

verificado os pontos que deveriam ser melhorados até obter uma forma mais realista.




Figura 5 - Modelo estrutural 2: primeiro Desenho feito em software CAD

Fonte: Autor

O primeiro modelo feito em software continha muitos pontos que deveriam ser melhorados,

tanto em questão de qualidade quanto de design. Para a melhoria do projeto foi adotado um sistema

de pesquisas de chassis produzidos por fabricantes especializados na área. Além disso, um

brainstorming também foi realizado a fim de obter novas ideias e modelos desejados. Essa pesquisa

pode facilitar a percepção do tamanho real de um chassi desse porte, obtendo um melhor

acabamento dos próximos modelos realizados no CAD. Dentre as melhorias pode-se obter uma

estrutura mais rígida, perfis mais uniformes e maior facilidade de interligação dos tubos para que

ocorra uma soldagem de boa qualidade. O desenho desenvolvido (figura 6), teve seu projeto focado

na segurança do cockpit, onde não houve a necessidade do modelo completo.

Figura 6 - Modelo estrutural 3: melhorias com foco no cockpit

Fonte: Autor

Dentre as alterações realizadas é possível citar a melhoria no design, e o uso de modelamento de

dobras realizadas nos tubos onde podemos ter uma estrutura mais uniforme. Outra questão de

melhoria ficou por conta do tipo de amarração usada, onde pode-se obter maior reforço.

O projeto de um chassi não pode ser considerado o mais perfeito em questões de qualidade

estrutural, pois cada modelo retrata situações diferenciadas de uso e aplicabilidade, sendo então o

projeto um fator preponderante para se obter a qualidade e as propriedades desejadas.

O chassi pôde ser finalizado respeitando os quesitos de projeto preliminar antes escolhido, como

tipo de material, limitação das dobras a serem realizadas nos tubos visando dar forma final, e a

solda adequada para este tipo de projeto (figura 7).




Figura 7- Modelo estrutural 4: desenho com melhorias de projeto.

a) Vista lateral; b) Vista superior; c) Vista isométrica

Fonte: Autor

4.2 Análise física

Através do desenho CAD pôde-se executar uma análise física detalhada, descrevendo o peso do

chassi, centro de gravidade, dimensionamento e as especificações dos materiais. Essas informações

se fazem necessárias para obter os dados principais para construção e montagem dos componentes

que são conectados ao chassi.

O material pré-estabelecido SAE 4130 com liga de cromo-molibdênio promete ter propriedades

mais nobres em questões de construção e de resistência. Este material é muito utilizado em projetos

mais elaborados por ter uma resistência maior na região da solda, onde o mesmo não sofre

mudanças em sua estrutura, em virtude do calor gerado no processo. Para avaliar essa questão

foram realizados testes em software com o material (tabela 1).

Tabela 1: Propriedades do material

Propriedades Aço SAE 4130

Cromo Molibdênio

Resistencia a tração 731 N/mm²

Modulo de elasticidade (E) 205000 N/mm²

Tensão de escoamento (Sy) 460 N/mm²

Peso especifico 7850 Kg/m³

O valor do módulo de elasticidade é bastante comum aos aços, contudo sua resistência a tração e

tensão de escoamento possuem valores mais elevados do que um aço carbono tradicional. Essas

propriedades são bastante desejadas em aplicação de elementos estruturais dinâmicos, já que

combinam uma boa elasticidade com maior resistência estrutural a esforços.

Para uma melhor compreensão dessa fase do projeto os dados físicos foram organizados na

tabela 2, obtendo algumas especificações do modelo. A figura 8 junto com a tabela 2 nos da a

referencia real do centro de massa obtido no projeto.




Tabela 2: Dados do modelo estrutural 4

Propriedades Valores obtidos no software

Massa 118 kg

Massa de solda 19 kg

Centro de massa

(posição com relação ao centro

de gravidade)

x = 250,32 mm

y = 300,25 mm

z = -1257,43 mm

Tamanho do cordão de solda 5 mm

Figura 8: vista superior, lateral e frontal identificando o ponto de centro de massa.

Fonte: Autor

4.3 Análise de esforços estáticos

As análises serão realizadas procurando obter as reações ocorridas na realidade por um chassi,

trazendo os dados de comportamentos de flexão e torção. Essas análises serão obtidas pelo software

solidworks utilizado desde a concepção do modelo, vindo a ser utilizado também o solidworks

simulation para as respectivas análises. Estas análises irão prever o comportamento do material pela

simulação de fatos reais em que o chassi é submetido ao longo de sua vida útil.

O Solidworks simulation utiliza o método dos elementos finitos, onde o mesmo calcula os

carregamentos, bem como a resposta as solicitações que o chassi está sujeito.




Para a análise ser desenvolvida, será seguida uma sequência de etapas para aplicação de elementos

finitos ao chassi, onde será efetuado cada teste (flexão e capotamento), e ao final será retirado as

informações necessárias (processamento) e por último a verificação dos resultados.

Logo, utilizando o Aço SAE 4130 e com o modelo estrutural já definido, pôde-se realizar a análise

em CAD. Para obter o maior número de informações, será aplicada os 2 tipos de análises comumente

utilizadas em um chassi.

4.3.1 Análise de flexão

A flexão no chassi será definida por ações provocados por esforços gerados por ondulações no

terreno, onde as rodas dianteiras recebem o obstáculo, gerando esforços na estrutura do veículo.

A simulação foi realizada visando obter os resultados finais e considerando que após o chassi

sofrer os esforços, independentemente do trabalho da suspensão, terá um resultado permanente das

tensões geradas, onde obtendo informações se o chassi venha a suportar tais cargas em uso.

Os esforços verticais produzidos pela flexão são adicionados o produto do peso dos componentes

do veículo (motor, passageiro, força da gravidade) pelo coeficiente dinâmico CD = 3,0.

O coeficiente dinâmico é bastante considerado na indústria automobilística, é adicionado ao valor

da massa estática, para simular que estas forças aumentando 3 vezes no momento de movimento

A tabela 3 contém a descrição das cargas em que o veículo é submetido em condições de uso, as

quais foram consideradas no momento da simulação.

Tabela 3: Descrição das cargas de flexão

Tipo de carga Valor Valor x CD

Força gravitacional (m/s²) 9,81 29,43

Peso do motorista (Kg) 100 300

Peso do motor (Kg) 120 360

Para realizar a simulação foram consideradas as cargas e carregamentos presentes no chassi

durante sua atividade. Esta simulação teve marcado como fixa os pontos de interligação dos braços

da suspensão da parte traseira do veículo. Simulando a flexão gerada, onde a força foi aplicada nas

interligações da suspensão dianteira, com intensidade total de 10.000 N separada em 8 partes, onde

cada item ou interligação do braço da suspensão continha 1.250 N. Foi adicionado a força

gravitacional que age sobre o chassi com valor de g = 9,81 m/s² e a massa distribuída sobre as

barras inferior competentes pela sustentação do motor e dos passageiros onde foi calculado e

multiplicada pelo coeficiente dinâmico de 3,0.

Na figura 9 é demonstrado a análise executada com os dados acima mencionados obtendo as

tensões, bem como a figura 10 demonstrando o deslocamento permanente ocasionado pelo esforço.

Os resultados numéricos são mostrados na tabela 4.

Tabela 4: Resultados do estudo de flexão

Análise estática Valores máximos

Tensão combinada 163 MPa

Deslocamento 59 mm

Com as simulações executadas foram obtidos resultados satisfatórios em relação aos esforços de

flexão. A tensão de escoamento do chassi é de 460 N/mm², sendo que a simulação forneceu uma

tensão máxima gerada pelos carregamentos de 163 N/mm², onde o nível de segurança foi de um

mínimo de 2,8 (FOS).




Figura 9 - Estudo de análise de tensão estática (flexão)

Figura 10 - Estudo de análise de deformação estática (flexão)

4.3.2 Análise de torção

A torção será definida usando as cargas assimétricas, uma no eixo dianteiro e outra no eixo

traseiro, onde são distribuídas em apenas uma roda e em sentido contrário de um eixo a outro,

provocando uma torção no chassi. O eixo sofrerá esforços provocados pela combinação de

momentos torsor e fletor. Os carregamentos também são adicionados, simulando a massa do piloto,

do motor e a própria massa do chassi, conforme mostra a tabela 5. Os carregamentos são

multiplicados pelo coeficiente CD = 1,8.

Tabela 5: descrição das cargas de torção

Tipo de carga Valor Valor x CD

Força gravitacional (m/s²) 9,81 17,66

Peso do motorista (Kg) 100 180

Peso do motor (Kg) 120 216




O cenário de torção é realizado aplicando os carregamentos presentes no chassi, aplica-se uma

força que simula a ação do chassi em uso. Esta força será aplica em forma de X onde resultada em

uma torção. A força aplicada em cada ponto será de 5.000 N, onde esta força será distribuída em

cada ponto de interligação da suspensão. A massa dos carregamentos será de 800 Kg, e a força

gravitacional que age sobre o chassi é igual a g = 9,81 m/s².

A figura 11 demonstra a análise de esforços, e os resultado da deformação são mostrados na

figura 12, onde temos o deslocamento ocasionado pela torção gerada.

Figura 11: Estudo de análise de tensão estática (torção)

Figura 12: Estudo de análise de deformação estática (torção)

A tabela 6 mostra os resultados obtidos com as simulações.

Tabela 6: Resultados do estudo de torção

Análise estática Valores máximos

Tensão combinada 214 MPa

Deslocamento 1,65 mm

As simulações obtiveram bons resultados em relação ao esforço de torção. A tensão de

escoamento do chassi é de 460 N/mm², obtendo na simulação uma tensão máxima gerada pelos

carregamentos de 214 N/mm², obtendo um nível de segurança mínimo de 2,1 (FOS).

4.4 Requisitos de construção




A forma que foi executado o projeto, é uma forma de simplificação das junções e pontos de nós,

onde se torna mais limpo em questões de união de vários tubos no mesmo nó, facilitando no chanfro

do tubo e no processo de soldagem, a figura 13 podemos ver os tipos de chanfros e a solda

executada.

A simulação da solda foi realizada com 5 mm de espessura, e com dobras em alguns pontos do

chassi onde se faz necessário, porém e bem pouco o uso de dobras, sendo mais realizado a questão

de corte, chanfro e solda para dar forma.

Foram usados vários pontos estratégicos, onde se encontram as treliças, para reforço do chassi.

Figura 13: Pontos de nó com chanfros e solda.

5. CONCLUSÃO

O objetivo deste trabalho foi a apresentação das etapas de um projeto de chassi space frame desde

seu esboço, escolha dos materiais utilizados, tipo de soldagem e dobras dos canos, desenho em

software CAD e por último uma análise do seu comportamento feito no simulador.

Foram usados cargas e carregamentos que mais se aproximam da realidade que um chassi desse

porte pode sofrer ao longo de sua vida útil, que por sua vez se mostraram dentro dos limites de

estudo.

O estudo foi feito encima de um material escolhido desde o inicio do projeto, como um ponto

primordial que é o SAE 4130, uma liga de Aço cromo-molibdênio. Após desenvolvido o chassi no

software foi aplicado esta liga, onde o próprio software oferece uma lista com os dados necessários

para os estudos posteriores. Estes estudos, se deu com a aplicação de forças e carregamentos que

cada cenário oferece, vindo a gerar os resultados.

Em análise todo o desenvolvimento do projeto está dentro dos padrões, onde demonstra um bom

comportamento mecânico e uma estrutura adequada para aguentar estes tipos de esforços

solicitados, não devendo ultrapassa-los.

6. REFERÊNCIAS

AUTOPÉDIA, tudo sobre a técnica automóvel. dica de leitura. Disponível em:

<http://www.xl.pt/autopedia/>. Acesso em: 10 de maio de 2018.

AÇOS PORTE, comercial de aços LTDA. Dica de leitura. Disponível em:

http://www.xl.pt/autopedia/




<http://www.acosporte.com.br/aco-sae-4130>. acesso em: 10 de maio d 2018.

CARVALHO, Carlos. A história do automobilismo.2012 Disponível em: <

http://carvelautopecas.com.br/automobilismo.htm> Acesso em: 06 de julho de 2018

COSTIN, M.; PHILLIPS, D.; ALLINGTON, J. Racing and sports car chassis design. 3.ed. London:

BT Batsford Ltd, 1974. 147p

“confederação brasileira de automobilismo” (CBA). Dica de leitura. Disponível

em:<http://www.cba.org.br/site/>. acesso em: 25 de junho de 2018.

GIUSEPPE, Franco.; LUCCHESI, Kátia. aplicação de metodologia e sistemática de projeto em

disciplina do curso de engenharia mecânica. Dísponivel em <

http://www.abenge.org.br/cobenge/arquivos/19/artigos/059.PDF> Acesso em 06 de julho de 2018

Happian-Simith, J. An introduction to modern vehicle design. 1.ed. [S.l.]: Elsevier, 2001. 632p.

Kabilan, K. M.; Murkute, A.; Marathe, A. H. Structural optimization of sae baja car frame.

Disponível em:

http://designinformaticslab.github.io/_teaching//designopt/projects/2016/desopt_2016_01.pdf

JUVINAL, Robert c. Projeto de componentes de máquinas. Quarta edição. Rio de janeiro: LTC-

livros técnicos e científicos Ltda.2013.

OLIVI, R. W. Estudo sobre o funcionamento de sistema de controle de tração em veículos

automotores. 2014. 41f. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado - Engenharia Mecânica) -

Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, 2014. Disponível em:

<http://hdl.handle.net/11449/123014>

SPACEFRAME. Autopédia: tudo sobre a técnica automóvel. Disponível em:

<http://www.xl.pt/autopedia/car_chas_aero/chas_spaceframe.shtml>. Acesso em: 29 de maio de

2018.

DESIGN OF A SPACE FRAME CHASSI FOR A COMPETITIVE VEHICLE

Abstract: The chassis is a structural element used in motor vehicles of all types, and is intended to

support the various components and also to ensure the integrity of the passengers. However, some

chassis need to have differentiated properties, as in the case of competition vehicles, which need to

be lightweight and at the same time load resistant. With this, this work tried to elaborate a project

of a spaceframe type chassis for application in competition cars. After the drawings were done, a

static analysis was performed to obtain the data of bending and torsion tension that can generate

variations in the shape of the chassis. For the tests and simulations CAD software (solidworks) was

used, where it was possible to add all loads and stresses that a chassis can receive during its life.

The purpose of applying the program to the chassis is to calculate the response of the structure to

the requests to which it will most frequently be subjected. Based on the results of the analyzes, it

was possible to verify that the designed chassis is sufficient to receive the stresses from the pre-

established loads.

Keywords: static analysis, finite elements, mechanical materials, welding and bending.

http://www.acosporte.com.br/aco-sae-4130

http://carvelautopecas.com.br/automobilismo.htm

http://www.cba.org.br/site/

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http://hdl.handle.net/11449/123014

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