Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/51810
Tipo: Dissertação
Título: Estudo paramétrico e análise de configurações alternativas para feixes de molas objetivando a redução de massa
Autor(es): Leonardo do Carmo Lelis Dias
Primeiro Orientador: Antônio Ferreira Ávila
Primeiro membro da banca : Juan Carlos Horta Gutierrez
Segundo membro da banca: Ernani Sales Palma
Resumo: O presente trabalho tem por objetivo realizar um estudo paramétrico em feixes de molas e propor configurações alternativas para redução de massa do componente, utilizando materiais alternativos ao aço e proposições de novas geometrias. O componente foi selecionado como objeto de estudo pois é o principal item de uma suspensão veicular e apresenta elevado potencial de otimização. Para compreensão dos parâmetros de maior influência e avaliação dos feixes de molas, foram executadas análises estáticas e modais por meio do software Ansys Workbench®. Os resultados destas análises foram utilizados para proposição de duas configurações alternativas para feixes de molas: a primeira parabólica, na qual as lâminas possuem variação de espessura; e a segunda, um conjunto híbrido, combinando aço e fibra de vidro epóxi. Para o primeiro caso, observou-se melhorias no comportamento mecânico do componente, porém, notou-se também um pequeno incremento de massa quando comparado ao um feixe de molas obtido analiticamente. Entretanto, quando comparado ao componente comercial, viu-se uma redução de massa de 5,9 kg. Para o feixe híbrido proposto, a minimização obtida para a massa foi mais efetiva, sendo está de aproximadamente 42%, entretanto, verificou-se que houve uma penalidade em termos de tensão e deflexão, sendo está de 20,91% e 23,93% respectivamente, quando comparadas ao feixe convencional analítico. Como a redução de massa é bem superior os pênaltis têm-se que os resultados foram benéficos para a solução proposta. Propôs-se também configurações alternativas para monolâminas, sendo estas: híbrida, com variação de espessura, e com variação de largura. Tais proposições apresentam uma resposta mecânica melhor que o sistema convencional em aço, atingindo ainda uma expressiva redução de massa. Devido aos resultados positivos alcançados com a configuração hibrida nos feixes de molas, aplicou-se o conceito nas monolâminas com variação de geometria, ampliando os ganhos obtidos. Comparando a monolâmina hibrida com variação de espessura ao feixe de molas calculado analiticamente, observa-se uma redução 61,47% da massa do componente, sendo o melhor resultado obtido ao longo do trabalho. Para validar os referidos resultados, avaliou-se a redução de consumo de combustível, considerando o consumo médio da categoria de veículos selecionados. Chegou-se em uma otimização máxima de 0,151 km/l e mínima de 0,068 km/l. Com base em dados da literatura, mostrou-se ainda que tais ganhos geram impactos positivos na redução dos índices de emissões.
Abstract: The purpose of this work is to conduct a parametric study on leaf springs and propose alternative p for reducing the component's mass, using alternative materials to steel and proposals for new geometries. The component was selected as the study object because it is the main item of a vehicle suspension, and it has a high optimization potential. In order to understand the parameters with the greatest influence and evaluate the leaf springs, static and modal analyses were conducted using the Ansys Workbench®️ software. Based on the analyses results, two alternative configurations for leaf springs were proposed: the first parabolic, in which the leaves have a thickness variation; and the second, a hybrid set, combining steel and epoxy fiberglass. In the first case, improvements in the mechanical behavior of the component were observed, however, a small increase in mass was also noted when compared to a leaf spring obtained analytically. However, when compared to the commercial component, a weight reduction of 5.9 kg was seen. For the proposed hybrid leaf spring, the mass minimization achieved was more effective, being approximately 42%, however, it was verified that there was a loss in terms of stress and deflection, being 20.91% and 23.93% respectively, compared to the conventional analytical leaf spring. Since the weight reduction is greater than the losses, the results were beneficial for the proposed solution. Alternative configurations for monoleaf springs were also proposed, these being: hybrid, with thickness variation, and with width variation. These proposals have a better mechanical response than the conventional steel system, reaching an expressive weight reduction. Due to the positive results achieved with the hybrid configuration in leaf springs, the concept was applied to the monoleaf with varying geometry, increasing the gains obtained. Comparing the hybrid monoleaf with thickness variation to the analytically calculated leaf spring, a 61.47% reduction in the component's mass is observed, being the best result obtained throughout the work. To validate these results, the reduction in fuel consumption was evaluated, considering the average consumption of the selected vehicle category. A maximum optimization of 0.151 km/l and a minimum of 0.068 km/l was reached. Based on data from the literature, it was also shown that these gains have positive impacts on reducing emission indices.
Assunto: Engenharia mecânica
Automóveis - Molas e suspensão
Método dos elementos finitos
Compósitos
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Curso: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/51810
Data do documento: 9-Fev-2022
Aparece nas coleções:Dissertações de Mestrado

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