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

No mundo do automobilismo, um dos maiores desafios encontrados pelos engenheiros e referente ao aumento do desempenho dos veiculos de competicao. Esse aumento pode ser obtido reduzindo o peso do veiculo, porem, sem comprometer a sua durabilidade. Diante desta situacao, durante o desenvolvimento da caixa de transmissao do veiculo off-road modelo Baja SAE da equipe Baja de Galpao da UNISC constatou-se, durante a etapa da analise CAE ( Computer-Aided Engineering ), que o modelo CAD ( Computer-Aided Design ) poderia sofrer varias alteracoes. Salienta-se, que a caixa e constituida de duas pecas encaixadas uma na outra. No conceito inicial, apos definir os objetivos da simulacao (dados das analises de saida), criar o modelo CAD (simplificar a geometria), criar a malha (convergencia com 8000000 elementos utilizando malha tetraedrica), configurar a simulacao (pontos de fixacao e esforcos gerados pelos 3 mancais na caixa), realizar o processamento (avaliar o andamento da simulacao) e, por ultimo, a analise dos resultados (valores de tensoes e deformacao) – etapas do processo de simulacao estrutural (FEA) – averiguou-se que aos esforcos submetidos e tipo de material utilizado – aluminio 7075-T6, a caixa estaria superestimada. Pois o valor maximo encontrado para as tensoes de Von-Mises (teoria da energia de cisalhamento) foi de 42,34 MPa, ao passo que o valor do limite de escoamento (tensao maxima que o material suporta ainda no regime elastico de deformacao) do material e de 505 MPa. Desta forma, propos-se a utilizacao do metodo de otimizacao topologica (TOM), que consiste em esculpir a distribuicao mais adequada de material de uma estrutura dentro de um determinado espaco de design em funcao das condicoes de contorno. Com isso, retornou-se a etapa de CAD e em funcao da distribuicao das tensoes na geometria e do processo de usinagem, utilizou-se o recurso de corte extrudado presentes nos softwares CAD, para modelar alivios na geometria sem comprometer a resistencia da caixa. Em seguida, sob as mesmas condicoes de contorno, a nova geometria foi analisada. Ao final obteve-se o valor de tensoes de Von-Mises de 59,93 Mpa, obtendo-se uma reducao de 20,18% de peso na caixa de transmissao – de 3,740 kg para 2,985 kg. Diante desta situacao, conclui-se que apesar de haver um acrescimo no tempo de usinagem, essa reducao de massa ira agregar muito no desempenho do veiculo, principalmente em provas de aceleracao e tracao, por exemplo, pois aumenta a capacidade de tracao e diminui o consumo de combustivel pelo motor. Desta forma, a utilizacao da tecnologia CAE e de vital importância no desenvolvimento de produtos, pois permite prever possiveis erros e corrigi-los rapidamente e reduzir custos, pois a simulacao e mais barata que o desenvolvimento de prototipos. Avalia-se ainda que a reducao de peso poderia ser maior, no entanto, as paredes das regioes que receberam o processo de alivio ficariam muito finas, suscetiveis a avarias de fontes nao consideradas no projeto.