ANÁLISE ESTRUTURAL E OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA EM CAIXA DE TRANSMISSÃO DE VEÍCULO OFF-ROAD MODELO BAJA SAE

Resumo

No mundo do automobilismo, um dos maiores desafios encontrados pelos engenheiros é referente ao aumento do desempenho dos veículos de competição. Esse aumento pode ser obtido reduzindo o peso do veículo, porém, sem comprometer a sua durabilidade. Diante desta situação, durante o desenvolvimento da caixa de transmissão do veículo off-road modelo Baja SAE da equipe Baja de Galpão da UNISC constatou-se, durante a etapa da análise CAE (Computer-Aided Engineering), que o modelo CAD (Computer-Aided Design) poderia sofrer várias alterações. Salienta-se, que a caixa é constituída de duas peças encaixadas uma na outra. No conceito inicial, após definir os objetivos da simulação (dados das análises de saída), criar o modelo CAD (simplificar a geometria), criar a malha (convergência com 8000000 elementos utilizando malha tetraédrica), configurar a simulação (pontos de fixação e esforços gerados pelos 3 mancais na caixa), realizar o processamento (avaliar o andamento da simulação) e, por último, a análise dos resultados (valores de tensões e deformação) – etapas do processo de simulação estrutural (FEA) – averiguou-se que aos esforços submetidos e tipo de material utilizado – alumínio 7075-T6, a caixa estaria superestimada. Pois o valor máximo encontrado para as tensões de Von-Mises (teoria da energia de cisalhamento) foi de 42,34 MPa, ao passo que o valor do limite de escoamento (tensão máxima que o material suporta ainda no regime elástico de deformação) do material é de 505 MPa. Desta forma, propôs-se a utilização do método de otimização topológica (TOM), que consiste em esculpir a distribuição mais adequada de material de uma estrutura dentro de um determinado espaço de design em função das condições de contorno. Com isso, retornou-se a etapa de CAD e em função da distribuição das tensões na geometria e do processo de usinagem, utilizou-se o recurso de corte extrudado presentes nos softwares CAD, para modelar alívios na geometria sem comprometer a resistência da caixa. Em seguida, sob as mesmas condições de contorno, a nova geometria foi analisada. Ao final obteve-se o valor de tensões de Von-Mises de 59,93 Mpa, obtendo-se uma redução de 20,18% de peso na caixa de transmissão – de 3,740 kg para 2,985 kg. Diante desta situação, conclui-se que apesar de haver um acréscimo no tempo de usinagem, essa redução de massa irá agregar muito no desempenho do veículo, principalmente em provas de aceleração e tração, por exemplo, pois aumenta a capacidade de tração e diminui o consumo de combustível pelo motor. Desta forma, a utilização da tecnologia CAE é de vital importância no desenvolvimento de produtos, pois permite prever possíveis erros e corrigi-los rapidamente e reduzir custos, pois a simulação é mais barata que o desenvolvimento de protótipos. Avalia-se ainda que a redução de peso poderia ser maior, no entanto, as paredes das regiões que receberam o processo de alívio ficariam muito finas, suscetíveis a avarias de fontes não consideradas no projeto.