Banco automotivo estrutural

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Tecnologia de SSC para protótipo veicular de alta eficiência

Lucas Souza de Oliveira, da Escola de Engenharia de São Carlos – USP, participou da sessão de pôstere do seminário Novos Materiais da SAE Brasil, quando apresentou a tecnologia SSC para protótipo veicular de alta eficiência. O evento aconteceu no início de junho, em São Paulo, SP.

O trabalho mostrou que a redução de peso unida a uma mecânica de alta performance é o grande desafio do futuro da indústria automobilística. Com o avanço nas áreas de estudo de materiais e na descoberta de novos meios de manufatura, um particular e promissor campo de estudo é o da aplicação de fibras de carbono combinadas com espumas estruturais em forma de SSC – Structured Sandwich Composites. Nesse caso, além de propiciar a construção de formatos inovadores para a modelagem do veículo, essa tecnologia favorece a implementação de melhorias significativas nas propriedades mecânicas de elementos do chassis, corroborando para a união de estilo e de performance.

O benefício da utilização de espumas combinadas com fibra de carbono em SSC torna-se mais evidente no projeto de protótipos de eficiência energética, uma vez que tais veículos visam o desenvolvimento de um carro cada vez mais leve. Nesse caso, utilizando-se dessa tecnologia, um chassis otimizado e ergonomicamente pensado como um banco – chamado de “banco estrutural” – poderia ser a solução de otimização estrutural, em substituição ao monocoque convencional, para as competições de maratonas energéticas, como é o caso da Shell Eco Marathon.

O objetivo deste trabalho foi o projeto otimizado de um banco estrutural construído por meio da tecnologia SSC em espuma estrutural e em fibra de carbono. Visou-se a máxima otimização estrutural em prol da diminuição de peso, assim como o projeto da geometria ergonômica do banco e o estudo dos materiais constituintes do SSC.

O banco, projetado com as medidas corporais do piloto da EESCuderia Mileage, apresenta uma geometria pensada na segurança, no conforto do piloto e, ao mesmo tempo, focada na minimização da área frontal do veículo – em prol da eficiência aerodinâmica. Destaca-se que a preocupação quanto à segurança, conforto e visibilidade é um dos focos dos testes da competição Shell Eco Marathon (SEM-Americas, 2017). A imagem mostra a geometria idealizada do projeto.

Diferentemente de um monocoque tradicional, otimizando-se estruturalmente o chassis como banco estrutural, permite-se uma diminuição significativa do peso da carenagem do protótipo. Sendo assim, possibilita-se a produção de uma carenagem aerodinâmica, porém não-estrutural.

Como primeiro passo de análise para a formulação do projeto, admitiu-se o peso do piloto diretamente sobre o banco como a principal fonte de carga atuante sobre a estrutura, uma vez que o peso do piloto é relativamente maior do que o próprio peso do carro e das cargas dinâmicas que atuam sobre o protótipo na faixa de velocidade da competição (20-40 km/h). Com base num estudo realizado por Shen et al. (1999), pode-se determinar a distribuição normal média de peso de um adulto sobre um típico assento de automóvel. Sendo assim, a partir desses dados, pode-se determinar, em prol da segurança, uma configuração de cargas para o banco estrutural.

Resultados
Um dos resultados esperados por este trabalho é a produção de um banco estrutural ergonômico e seguro, o qual é capaz de não só suportar satisfatoriamente às solicitações estruturais sobre o veículo, como também mostrar melhores resultados de eficiência estrutural comparados aos modelos bem-sucedidos de monocoque desenvolvidos anteriormente pela equipe EESCuderia Mileage, como por exemplo o veículo “Faísca”, campeão da Maratona Universitária de Eficiência Energética em 2013 e recordista brasileiro nesta competição. Pelas estimativas calculadas pela equipe, o banco projetado atingirá a meta de peso de menos de 8 kg, viabilizando tanto uma carenagem significativamente mais leve, em torno de 6 kg, quanto um peso total menor que 24 kg – 10 kg mais leve que o projeto anterior.
Somanda à eficiência estrutural esperada, através da pesquisa dos materiais e dos estudos de adesão do núcleo à fibra e à resina, conseguir um modelo de SSC estável e otimizado permitiria diversas aplicações futuras, não só nos demais projetos da EESCuderia Mieleage, como também diretamente na indústria automobilística. Contou com o apoio da Owens Corning, UPR, Almaco, Ephoxal, EESC-USP, Numa e Lapras.