Análise e desenvolvimento de uma estrutura monocoque para um veiculo de elevada eficiência energética

Abstract

Esta dissertação tem como objetivo a análise e o desenvolvimento de uma estrutura monocoque de elevada eficiência estrutural (relação rigidez/massa) para incorporar o novo protótipo EV03i do projeto Eco Veículo, com vista a participar em competições de alto rendimento energético. Os objetivos deste estudo são a obtenção de uma estrutura monocoque, que irá equipar o EV03i, com valor de massa inferior ao atual XC20i, manter ou até aumentar a rigidez estrutural do veículo e manter ou aumentar a acessibilidade a qualquer parte do veículo, quer para a entrada e a saída do piloto, quer para operações de manutenção. Estes objetivos foram assim definidos de modo a que o EV03i atinja níveis de desempenho energético nunca antes atingidos pela equipa na Shell Eco-Marathon que é uma competição, a nível mundial, de veículos automóveis de elevada eficiência energética. Uma grande parte deste trabalho foi a fase inicial de seleção e estudo dos materiais a utilizar na construção da estrutura. A seleção e o estudo dos materiais ocuparam grande parte do tempo, pois tratava-se de materiais que nunca tinham sido combinados e por isso as suas propriedades mecânicas não eram conhecidas. Foi necessária a aprendizagem e compreensão do fenómeno dos materiais compósitos e materiais ortotrópicos, foram desenvolvidas folhas de cálculo de forma a obter, por via teórica, as propriedades desses materiais. Concluída esta fase, iniciou-se uma fase de testes com vista a adquirir contacto com o software que se iria utilizar para realizar as simulações pretendidas, ao mesmo tempo que se consolidavam os conhecimentos adquiridos sobre os materiais na fase anterior. A última fase consistiu na análise e simulação das estruturas que se tinham definido como objetivo. O resultado final foi uma estrutura monocoque, que cumpre todos os requisitos que lhe foram impostos, com uma massa de 5,23 kg.

The main objective of the work presented here is the research and development of a monocoque frame to embody the new EV03i prototype, aiming to take part in Shell Eco-Marathon high energy efficiency competition. The goals set here are to reduce weight, maintain or increase structural rigidity and maintain or increase cockpit space in the monocoque structure to be developed. The goals were set like so to achieve results never achieved before by the team in a Shell Eco-Marathon competition. The material study and selection was the major time consuming phase in this work as the materials selected were never tested before, therefore the respective mechanical properties were unknown. For this reason a learning stage was necessary to better understand composite and orthotropic materials, spreadsheets were created to obtain such properties with the knowledge gained in this phase. With this stage completed a test phase begun aiming to acquire software dexterity for better flowing computer simulations and at the same time consolidating the previously gained knowledge. The last stage consisted in research and simulation of the objective structures set earlier. The final result was a monocoque structure that fulfilled all the requirements and had a mass of only 5,23 kg.