Modelagem e fabricação de um atenuador de impacto aplicado a veículos do tipo formula, utilizando ferramenta CAD

Abstract

A competição Formula SAE BRASIL, fomentada pela Society of Automotive Engineers (SAE) tem como objetivo incentivar estudantes de engenharia desenvolver o projeto de um veículo do tipo Fórmula de propulsão elétrica. Para participar da competição as equipes devem atender a diversos quesitos de engenharia, inclusive de segurança veicular, dentre estes destaca-se o projeto do atenuador de impacto, um elemento que serve para absorção de energia em caso de colisão frontal e fica localizado no anteparo frontal do veículo. O presente trabalho teve como objetivo descrever o processo de modelagem e fabricação de um atenuador de impacto para um veículo do tipo Fórmula Elétrico, utilizando como ferramenta de modelagem um programa de desenho CAD 3D, além de, descrever as condições de contorno que precisam ser adotadas como critérios de projeto de engenharia para uma futura simulação computacional por elementos finitos deste elemento. As propriedades do alumínio 1100 H14 e do aço 1020 precisam ser corretamente inseridas (módulo de Young, coeficiente de Poisson, densidade). A simulação deve prever critérios de deformação e garantir que a desaceleração não exceda 20 g em média e 40 g no pico. O regulamento da SAE BRASIL estabelece parâmetros para o projeto e construção do atenuador, como tamanho máximo e capacidade de absorção de energia mínima. O atenuador foi modelado em 3D no programa SolidWorks versão estudantil. A geometria base de modelagem consistiu de um tronco de pirâmide, com a base maior medindo 195,88mm x 295,88mm e a base menor 200mm x 100mm, vazio, com 1,5 mm de espessura de parede, montado em uma placa de anti-intrusão localizada na parte frontal do cockpit do veículo. Os materiais utilizados para o atenuador e a placa anti-intrusão foram respectivamente chapa de alumínio AL 1100 e chapa de aço carbono ABNT 1020. Este modelo foi escolhido com base no regulamento da SAE BRASIL. A modelagem no programa Solidworks foi utilizada tanto para definir disposição geométrica do atenuador na estrutura do veículo, bem como possibilitar obter impressões bidimensionais em papel A3 das faces do atenuador para realizar a confecção do modelo mais fiel possível ao desenho 3D. Relativo ao delineamento das condições de contorno para simulação por elementos finitos, podemos destacar a fixação rígida à placa anti-intrusão, contato sem penetração com a superfície de impacto e restrição de movimento apenas na direção do impacto, a velocidade inicial deve ser de 7 m/s, com um corpo traseiro pesando 300 kg, que será considerado como o veículo. O resultado final deste trabalho viabilizou a construção de um elemento atenuador de impacto dentro dos quesitos dimensionais estipulados pelo regulamento da SAE BRASIL. O protótipo construído foi submetido à ensaio mecânico em máquina de compressão e gerou resultados que poderão ser usados para validar uma futura simulação computacional por elementos finitos. Relativo às condições de contorno necessárias para simulação, este estudo permitiu apontar o comportamento da deformação do atenuador para validar uma simulação computacional futura.