Estudio de la viabilidad técnica de fabricación de una jaula antivuelco para vehículo de competición con materiales compuestos

Abstract

[ES] El objeto de estudio de este trabajo se basará en la búsqueda y comparación de diferentes materiales compuestos que cumplan con unas condiciones en servicio para la fabricación de una jaula antivuelco de un turismo preparado para un modelo de competición de rally. Este tipo de elementos se fabrica principalmente en acero al carbono, cuyos coeficientes de resistencia son aptos para desempeñar la función a la que va a ser destinado. Sin embargo, en un mundo que se renueva y que se encuentra en constante evolución, contamos con multitud de materiales plásticos que presentan muy buenas características de partida. En algunos casos, si se unen éstos a otro tipo materiales (ya sean de origen plástico, metálico o cerámico) pueden dar aparición a compuestos cuya unión presente características sinérgicas que superen al mismo acero en todas sus formas, consiguiendo en el mejor de los casos abrir una puerta en ingeniería que genere un nexo que una la seguridad en competición automovilística con los materiales compuestos. La metodología de este trabajo pretende seguir las siguientes pautas. Para empezar, se realizará un estudio previo sobre las características de comportamiento de dicha jaula (revisión de los requisitos técnicos que debe cumplir un material para que sea apto para su uso en este tipo de componentes, los esfuerzos que sufrirá la pieza en sí en condiciones de servicio, tipos de procesos de fabricación existentes para cada material, normativa existente, etc.) y hacer así un listado de materiales potencialmente útiles para proceder a realizar un estudio más detallado. A partir de este paso se realizará un estudio mediante modelización con software en 3D del elemento siguiendo los pasos de normativa y de cargas de trabajo previamente definidas, así como las características propias de cada material y analizar mediante simulación FEM los resultados obtenidos para así establecer una comparativa. Por último, el trabajo contempla un estudio de costes y definición del proceso de fabricación con la finalidad de validar la posibilidad del empleo de materiales compuestos en este tipo de componentes.

[EN] The object of study of this work will be based on searching and comparing different composite materials that comply with conditions in service for the manufacture of a tourism’s anti-roll cage prepared for rally competition. This type of elements are made mainly in carbon steel, whose resistance coefficients are suitable to perform the function which it’s going to be destined. However, a world that is renewed and is constantly evolving, we have a multitude of plastic materials that present very good starting characteristics. In some cases, if they are attached to another type of material (such as plastic, metallic or ceramic) can give rise to compounds whose union present synergistic characteristics that surpass the same steel in all its forms, achieving at best open a door in engineering that generates a nexus between competition security and composite materials. The methodology of this work aims to follow the successive guidelines. Firstly, a previous study will be carried out on the behaviour characteristics of the cage (a review of the technical requirements that a material must meet in order to be suitable for use in this type of components, the efforts which will suffer the part itself in conditions of service, types of manufacturing processes existing for each one, existing regulations, etc.) and make a list of potentially useful materials to carry out a more detailed study. From this step a study will be carried out by 3D modelling software of element following the normative steps and the loads in service previously defined, as well as the characteristics of each material an analyse them by means of FEM simulation the results obtained in order to establish a comparative. Finally, the work envisages a study of costs and definition of the manufacturing process in order to validate the possibility of using composite materials in this type of components.