Estudo do emprego da espuma metálica no design automotivo

Abstract

Os automóveis têm afetado profundamente não somente o desenvolvimento econômico e as transformações dos meios produtivos, mas também os modos de vida da sociedade, o meio ambiente e a configuração dos espaços urbanos.Destacam-se, hoje, como um dos maiores conjuntos de atividades de negócio no mundo, guiando o desenvolvimento e o lançamento de novos produtos, processos e materiais no mercado, servindo como referência para outros setores. Novos conceitos, materiais e métodos de produção surgem a cada dia, aumentando o desempenho destes veículos, reduzindo o seu tempo de desenvolvimento, simulação, produção e lançamento no mercado. Neste novo cenário solicitações cada vez mais complexas precisam ser atendidas, integrando performance, segurança, economia, praticidade, tecnologia e desenvolvimento sustentável, entre outros. Assim, é necessário inovar com a pesquisa em design, metodologia de projeto, materiais e tecnologias para projeto e produção de veículos. Na busca de novos materiais as espumas metálicas vêm se mostrando fortes aliadas na construção de estruturas cada vez mais leves e resistentes, gerando economia com manutenção de desempenho e atualmente ainda existe carência de estudos computacionais tratando da caracterização e aplicações para estes materiais. Este trabalho visa a contribuição, tanto na área acadêmica quanto industrial, relacionando o design automotivo, a seleção de materiais e a simulação computacional através de software para modelagem e análise do comportamento estrutural pelo método dos elementos finitos com emprego da espuma metálica no modelo do Estudo de Caso do chassi do veículo Sabiá 5 - UEMG.De acordo com as simulações realizadas nas análises estáticas e dinâmicas, entre elas os testes de modos de vibração e crash test virtual, pode-se afirmar que a alternativa que melhor atendeu às solicitações foi a predominantemente constituída em espuma metálica, não ocorrendo plastificação na simulação dinâmica de deslocamento e havendo redução de peso. Demonstrou ainda, melhores condições no crash test frontal, absorvendo o máximo de energia cinética possível, para que esta não seja assimilada internamente ao veículo vindo a atingir os ocupantes. Observa-se ainda que a aplicação e simulação da espuma metálica é bastante complexa, principalmente em virtude da caracterização de sua relação constitutiva e da geometria do modelo, porém os resultados apresentados validam a metodologia empregada e explicitam as potencialidades das ferramentas computacionais empregadas no design virtual de produtos.

Automobiles have affected profoundly not only the economic development and the transformation of the means of production, but also society's lifestyles, the environment and urban spaces. They stand out as one of the biggest business activities in the world, guiding the development and launch of new products, processes and materials, and serving as a reference for other sectors. New production concepts, materials and methods are created every day, improving the performance of these vehicles and reducing the time needed for development, simulation, production and launch. In this new setting more complex requests have to be met, integrating performance, safety, economy, practicality, technology and sustainable development, among others. In this regard, it is necessary to innovate with design research, project methodology, and materials and technologies for projecting and producing vehicles. In search of new materials metal foams are demonstrating to help construction of lighter and stronger structures, saving money and keeping the performance. Nowadays there is still lack of computational studies covering the characterization and application of these materials. This work aims to contribute, both to the academic and industrial fields, relating automotive design, materials selection and computer simulation. This last activity is performed through modeling and structural behavior analysis software, which uses the finite element method. The computer simulation then uses the metal foam in the study case model for the chassis of the vehicle Sabiá 5 - UEMG. According to the simulations performed in the statistical and dynamic analyses, which included modes of vibration and virtual crash tests, it can be stated that the alternative which best met the requests was the one composed mainly by a metal foam, in which there was weight reduction and no plasticization in the dynamic displacement simulation. This alternative also demonstrated better conditions in the front crash test, absorbing the most kinetic energy possible, so that it doesn't reach the interior of the vehicle and hit the passengers. It is also observed that the application and simulation of the metal foam is very complex, mainly because of the characterization of its constitutive relation and the geometry of the model. However, the results presented validate the used methodology and show the potentiality of the computer tools used in virtual product design.