Análise de uma suspensão para um veículo de Fórmula SAE via elementos finitos

Abstract

Este trabalho mostra uma análise de um sistema de suspensão para um veículo elétrico da Fórmula SAE, com base em efeitos respectivos à dinâmica de veículos e uma análise via elementos finitos. O trabalho traz definições e conceitos importantes para a elaboração de uma boa análise da suspensão com base em fatores dinâmicos. O trabalho permite o entendimento de diversos elementos geométricos da suspensão, como: câmber, cáster, convergência, centro de rolagem, angulação e tamanho dos braços, com seus conceitos definidos e analisados durante este estudo. Logo, cálculos como a taxa de variação de câmber, efeitos anti dive, anti squat e transferências de cargas laterais e longitudinais foram realizados. E, a partir da definição da angulação do sistema push rod, foi possível verificar qual a porcentagem da carga proveniente das transferências de carga que será transmitida ao conjunto rocker arm e amortecedor-mola do veículo. Portanto, a partir dos valores das transferências de cargas no veículo, foi possível definir condições de contorno para posterior simulação estrutural do conjunto de suspensão via método dos elementos finitos, por meio do software Ansys. Já através do conceito de Pugh se define materiais para o sistema. Parte-se então às simulações estruturais no Ansys iniciando-se pela estática por meio de análises de tensões, deformações e coeficientes de segurança. Nesta etapa verifica-se que os componentes em análise sofrem esforços que geram tensões menores do que as de escoamento dos materiais. Os coeficientes de segurança mostram quais componentes carecem de ajustes e quais estão bem dimensionados. Nas etapas de análises dinâmicas inicia-se com a modal definindo as seis primeiras frequências naturais e seus respectivos modos de vibração. Prosseguindo a análise realiza-se em seguida as análises harmônicas da manga de eixo, push rod e bandeja superior, verificando as frequências encontradas na etapa modal e validando o sistema por frequências de tais magnitudes dificilmente atingidas em condições reais. Na análise transiente utiliza-se uma função harmônica com frequência próxima as de excitação de pistas. Utiliza-se também do ruído branco para conseguir simular condições próximas as reais.