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

Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Automotiva, 2016.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.This work shows an analysis of a suspension system for an electric vehicle of Formula SAE based on their effect on the vehicle dynamics and through finite element analysis. The work brings definitions and important concepts for the development of a good analysis of the suspension based on dynamic factors. The work allows the understanding of various geometric elements of the suspension, such as camber, caster, convergence, roll center, angle and size of the arms, with its defined concepts and analyzed during this study. Thus, calculations such as camber variation rate, effects anti dive, anti-squat and lateral and longitudinal load transfers were performed. And, from the definition of the angulation of the push rod system, it was possible to determine the percentage of load from load transfers to be transmitted to the rocker arm assembly and vehicle bumper-spring. Therefore, from the values of the transfer of cargo in the vehicle, it was possible to set boundary conditions for further structural simulation of suspension set with the finite element method by Ansys software. Through the Pugh’s concept the materials of analysis are defined to the system. In this step the structural simulations in Ansys started with the static case through analysis of stresses, strains and safety factors. At this stage it appears that the components undergo analysis efforts generating lower stress than the yield strength of materials. Safety coefficients show which components require adjustments and which are well-sized. The dynamic analysis starts with setting the first six natural frequencies and the respective vibration modes. Pursuing the analysis is carried out then the harmonic analysis of the steering knuckle, push rod and upper arm, checking the frequencies found in the modal stage and validating the system frequency of such magnitudes rarely achieved in real conditions. In transient analysis is used a harmonic function with frequency close to the road excitation. It is also used white noise to get simulate conditions close to reality