Manufatura e caracterização mecânica de painéis estruturais compósitos para projetos de veículos de competição.
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18102 |
Resumo: | Due to evolution of development high performance composite, these have been increasingly used in racing car components, because the good trade-of between mass/stiffness incorporated to high levels of driver safety risk. The vehicle's chassis is an important part that can provide up to more than half of the car's total weight. The carbon fiber composite chassis, known as “monocoque”, currently has a more expensive manufacturing process than conventional ones made of stamped steel sheet metal or tubular structure, however, its mechanical properties cannot be replaced by another material keeping the same characteristic of low specific weight. At low budget teams, a feasibility study for the manufacture and maintenance of this component is necessary. The target of this project is to design the optimized sandwich panels, with the enough amount of carbon fiber fabric reinforcement, with the correct combination of the direction in the stacking of the layers, the thickness and kind of core material. The objectives involve maintaining the compromise to the combination of materials according to the minimum mechanical properties to comply with the Formula SAE 2022 rules category, associated with low specific weight and a cheaper process. The vacuum bag lamination process was used, using a glass table as a “mold” for the composite sandwich panels. The mechanical properties of the panels were characterized by 3-point bending test, perimeter shear test, Shore D hardness and the surface morphology and adhesion were analysed by Scanning Electron Microscopy (SEM). Through the results of the tests of this project, it is intended to generate a predictive model of the number of layers as a function of the weight of the fabric, and the thickness of the aramid core, with the mechanical properties necessary to dimension each part of the chassis. After the development of this project, it is intended to apply the composites developed in the manufacture of a Formula SAE monocoque chassis using the moldless method process. Highlighting the laminate with a low-density foam core, where it was possible to get mechanical properties equivalent to the structural requirements of a steel space frame chassis. |
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The carbon fiber composite chassis, known as “monocoque”, currently has a more expensive manufacturing process than conventional ones made of stamped steel sheet metal or tubular structure, however, its mechanical properties cannot be replaced by another material keeping the same characteristic of low specific weight. At low budget teams, a feasibility study for the manufacture and maintenance of this component is necessary. The target of this project is to design the optimized sandwich panels, with the enough amount of carbon fiber fabric reinforcement, with the correct combination of the direction in the stacking of the layers, the thickness and kind of core material. The objectives involve maintaining the compromise to the combination of materials according to the minimum mechanical properties to comply with the Formula SAE 2022 rules category, associated with low specific weight and a cheaper process. The vacuum bag lamination process was used, using a glass table as a “mold” for the composite sandwich panels. The mechanical properties of the panels were characterized by 3-point bending test, perimeter shear test, Shore D hardness and the surface morphology and adhesion were analysed by Scanning Electron Microscopy (SEM). Through the results of the tests of this project, it is intended to generate a predictive model of the number of layers as a function of the weight of the fabric, and the thickness of the aramid core, with the mechanical properties necessary to dimension each part of the chassis. After the development of this project, it is intended to apply the composites developed in the manufacture of a Formula SAE monocoque chassis using the moldless method process. Highlighting the laminate with a low-density foam core, where it was possible to get mechanical properties equivalent to the structural requirements of a steel space frame chassis.Com a evolução do desenvolvimento dos compósitos de alto desempenho, estes têm sido cada vez mais utilizados em componentes de carros de competição, devido a boa relação entre rigidez/massa associada aos altos níveis de risco de segurança do piloto. O chassi do veículo é um importante componente que pode contribuir com até mais da metade do peso total do carro. O chassi feito de compósito de fibra de carbono, conhecido como “monocoque”, atualmente, tem um processo de fabricação (laminação) mais caro que os convencionais feitos de chapa de aço estampadas ou de estrutura tubular, porém suas propriedades mecânicas não são facilmente substituídas por outro material mantendo uma relação de baixa densidade. Em um projeto de competição de equipes de menor orçamento, se faz necessário um estudo de viabilidade da fabricação e manutenção deste componente. Este trabalho envolveu o dimensionamento mais otimizado das placas sanduíche com a quantidade de reforço de tecido de fibras de carbono, com a correta combinação da orientação no empilhamento das camadas, a espessura e tipo de material de núcleo, utilizando-se de um processo de fabricação simples e viável para baixa escala. Neste trabalho, também visou-se combinar materiais para atender as propriedades mecânicas mínimas conforme o regulamento da categoria Formula SAE de 2022, associado ao baixo peso específico e com um processo menos oneroso. O processo de laminação utilizado foi o de bolsa de vácuo, com uso de uma mesa de vidro como “molde” dos painéis sanduíche de compósitos. As propriedades mecânicas dos painéis foram caracterizadas por ensaio de flexão do tipo 3 pontos, ensaio de cisalhamento perimetral, dureza Shore D; e a morfologia da superfície e adesão foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Através dos resultados deste trabalho, gerou-se um modelo preditivo de número de camadas em função da gramatura do tecido e a espessura do núcleo de aramida, com as propriedades mecânicas necessárias para dimensionar cada parte do chassi. Os compósitos laminados desenvolvidos apresentaram potencial para serem aplicados na fabricação de um chassi monocoque de Formula SAE com a utilização do processo do método sem molde, com destaque para o laminado com núcleo de espumas de baixa densidade, onde foi possível obter propriedades mecânicas equivalentes aos requisitos estruturais de um chassi tubular em aço.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-SoUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCompósitoLaminadosBolsa de VácuoFibras de CarbonoAramidaChassiEspuma de PVCSanduícheCompositeLaminatesVacuum BagCarbon FiberAramidChassisSandwichENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOESManufatura e caracterização mecânica de painéis estruturais compósitos para projetos de veículos de competição.Manufacturing and mechanical characterization of composite structural panels for competition vehicle designsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600c9c54c78-befe-4ed6-b00a-4f408717db3freponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALMANUFATURA E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE PAINÉIS ESTRUTURAIS COMPÓSITOS PARA PROJETOS DE VEÍCULOS DE COMPETIÇÃO.pdfMANUFATURA E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE PAINÉIS ESTRUTURAIS COMPÓSITOS PARA PROJETOS DE VEÍCULOS DE COMPETIÇÃO.pdfArtigo Principalapplication/pdf3567839https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18102/1/MANUFATURA%20E%20CARACTERIZA%c3%87%c3%83O%20MEC%c3%82NICA%20DE%20PAIN%c3%89IS%20ESTRUTURAIS%20COMP%c3%93SITOS%20PARA%20PROJETOS%20DE%20VE%c3%8dCULOS%20DE%20COMPETI%c3%87%c3%83O.pdfc645f444a8920f7853a85bbcb6037661MD51Ata_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado (2).pdfAta_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado (2).pdfAta de Defesaapplication/pdf81966https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18102/3/Ata_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado%20%282%29.pdf45bed3a3aaf4f0b70553908fcee1600dMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18102/4/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD54TEXTMANUFATURA E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE PAINÉIS ESTRUTURAIS COMPÓSITOS PARA PROJETOS DE VEÍCULOS DE COMPETIÇÃO.pdf.txtMANUFATURA E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE PAINÉIS ESTRUTURAIS COMPÓSITOS PARA PROJETOS DE VEÍCULOS DE COMPETIÇÃO.pdf.txtExtracted texttext/plain137892https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18102/5/MANUFATURA%20E%20CARACTERIZA%c3%87%c3%83O%20MEC%c3%82NICA%20DE%20PAIN%c3%89IS%20ESTRUTURAIS%20COMP%c3%93SITOS%20PARA%20PROJETOS%20DE%20VE%c3%8dCULOS%20DE%20COMPETI%c3%87%c3%83O.pdf.txt162f3f2a45e2eeb82ae40ca57b9d707cMD55Ata_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado (2).pdf.txtAta_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado (2).pdf.txtExtracted texttext/plain5742https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18102/7/Ata_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado%20%282%29.pdf.txtad7b2921bbeab3725069a527a9814eb8MD57THUMBNAILMANUFATURA E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE PAINÉIS ESTRUTURAIS COMPÓSITOS PARA PROJETOS DE VEÍCULOS DE COMPETIÇÃO.pdf.jpgMANUFATURA E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE PAINÉIS ESTRUTURAIS COMPÓSITOS PARA PROJETOS DE VEÍCULOS DE COMPETIÇÃO.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5821https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18102/6/MANUFATURA%20E%20CARACTERIZA%c3%87%c3%83O%20MEC%c3%82NICA%20DE%20PAIN%c3%89IS%20ESTRUTURAIS%20COMP%c3%93SITOS%20PARA%20PROJETOS%20DE%20VE%c3%8dCULOS%20DE%20COMPETI%c3%87%c3%83O.pdf.jpg1a6e729e9dca5be22345f48cc32b8e21MD56Ata_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado (2).pdf.jpgAta_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado (2).pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg19647https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18102/8/Ata_de_Defesa_Gregory_17-03-23_-_com_parecer_da_Comissao_assin_Gregory_assinado%20%282%29.pdf.jpgddd9ff64f4bf1f726b2e9c6b9f5ae11eMD58ufscar/181022023-09-18 18:32:38.959oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18102Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:38Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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