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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33696| Título: | Desenvolvimento de um monocoque em fibra de carbono utilizando o método dos elementos finitos |
| Título(s) alternativo(s): | Development of a carbon fiber monocoque using the finite element method |
| Autor(es): | Mazaro, João Ikeda |
| Orientador(es): | Rodrigues, Fabio Rodrigo Mandello |
| Palavras-chave: | Método dos elementos finitos Materiais compostos Análise estrutural (Engenharia) Otimização estrutural Finite element method Composite materials Structural analysis (Engineering) Structural optimization |
| Data do documento: | 29-Nov-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | MAZARO, João Ikeda. Desenvolvimento de um monocoque em fibra de carbono utilizando o método dos elementos finitos. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2023. |
| Resumo: | Este trabalho busca dimensionar um novo monocoque de material compósito para o protótipo de eficiência energética da equipe Pato a Jato afim de reduzir a massa do veículo. Pela natureza complexa da estrutura e dos materiais compósitos, foi optado por utilizar ferramentas de análise pelo método dos elementos finitos (MEF) para auxiliar no projeto e na análise da nova estrutura. Para isso, iniciou-se com a definição da estratégia de análise, partindo para a escolha dos materiais e a determinação das condições de contorno com base em casos críticos que o protótipo poderia encontrar. Em seguida, foi criado a geometria da estrutura para então ser realizado uma modelagem preliminar, onde utilizando um modelo simplificado, realizou-se estudos de convergência de malha e de topologia de modo a servir como base para as etapas subsequentes. Com as principais condições definidas, foi realizado um processo de projeto iterativo, utilizando análises estruturais para otimizar as configurações do laminado em quesitos de material, espessura e orientação. Com o laminado definido, foram realizadas análises estruturais para cada caso determinado, utilizando condições de contorno que buscaram se aproximar ao máximo das situações reais. Por fim, foi realizado o pós-processamento dos resultados onde foram verificados os valores de deformação e tensão calculados, assim como a análise de falha de cada camada do laminado com base em critérios de falha próprios para materiais compósitos. Assim, foram observados valores de deformação e de fator de segurança de falha em níveis considerados como aceitáveis em uma estrutura que apresentou uma redução de massa de aproximadamente 25% em relação à estrutura original. |
| Abstract: | This study aims to design a new composite material monocoque for the prototype vehicle of the Pato a Jato team to reduce the vehicle's mass. Due to the complex nature of the structure and composite materials, Finite Element Method (FEM) analysis tools were chosen to assist in the design and analysis of the new structure. The process began with defining the analysis strategy, followed by selecting materials and determining boundary conditions based on critical scenarios the prototype might encounter. Subsequently, the structure's geometry was created to perform a preliminary modeling, using the simplified model to conduct mesh convergence and topology studies as a basis for subsequent steps. With the main conditions defined, an iterative design process was employed, using structural analyses to optimize the laminate configurations in terms of material, thickness, and orientation. With the laminate defined, structural analyses were conducted for each specific case, utilizing boundary conditions that aimed to closely resemble the real-world situations. Finally, post-processing of results was carried out, verifying the calculated deformation and stress values, along with a failure analysis of each laminate layer based on criteria specific to composite materials. Therefore, deformation and failure safety factor values were observed at levels considered acceptable in a structure that achieved a mass reduction of approximately 25% compared to the original structure. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33696 |
| Aparece nas coleções: | PB - Engenharia Mecânica |
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