Diseño de un de arco de protección en material compuesto para vehículos de competición

Abstract

[ES] El presente proyecto consta de la realización de un arco de seguridad para vehículos decompetición, similar al recientemente implantado por la Federación Internacional de Automovilismo (FIA) para la Fórmula 1. Dicho componente, denominado Halo, está diseñado para soportar un impacto directo yasegurar la integridad física del piloto. El arco de protección se diseñaráen titanio y acero, como indica la norma de la FIA, con ayuda del programa SolidWorks. Una vez diseñada la pieza, se deberá comprobar si cumple con el peso, ya que cada material tiene uno diferente. Como las medidas se han querido mantener iguales para los dos materiales, primero se ha diseñado en titanio y, una vez se ha comprobado que cumple con el peso, se ha calculado para el acero. Si el acero también cumpliese, se realizará el cálculo de las tensiones producidas por las cargas de los testpara los dos materiales. Las propiedades mecánicas de los dos materiales se han obtenido con la base de datos CES Edupack. Si los dos test de cada material son superados, se efectuará un estudio estático con el material compuesto de fibra de carbono con resina epoxi. Para conocer las propiedades mecánicas del material compuesto, se ha utilizado el programa eLamX, ya que el programa SolidWorks no ha podido realizar los cálculos cuando se ha indicado el comportamiento ortotrópico del material compuesto, por lo que se considerará como isotrópico a efectos de cálculo. Si no se superasen los dos test se deberá modificar las dimensiones de la pieza hasta cumplirlos. Finalmente, se realizará un estudio aerodinámico para observarlas tensiones generadas sobre el Haloy se desarrollará un estudio económico para evaluar la viabilidad del producto diseñado.

[EN] The present project aims for the design of a safety structure for racing vehicles, similar to the one recently implemented by the Fédération Internationale de l'Automobile (FIA) for Formula 1. Said component, called Halo, is designed to withstand a direct impact and ensure thephysical integrity of the race driver. The protective structure is designed in titanium and steel, as indicated by the FIA standard, using SolidWorks. Once designed in one of these two materials (titanium has been arbitrarily chosen as the starting design material), the piece is checked for compliance with weight specifications. The piece is then rebuilt in the second design material, keeping dimensions the same, and rechecked for weight specifications. If successfully passed for both materials, the piece is consequently subjected to two loading tests (for each material) and mechanical stresses are calculated. The mechanical properties of titanium and steel were obtained from the CES Edupack database. After passing loading tests, a static study iscarried out withthe piece rebuilt in carbon fiber/epoxy resin composite. eLamX software was used to know the mechanical properties of the composite material since SolidWorks could not perform the calculations when specifying the composite materialas being orthotropic. Isotropic behavior was therefore assumed for calculation purposes. Should the two tests not pass, the dimensions of the piece are modifiedand the design redone.Finally, an aerodynamic study is carried out to observe the stresses generated on the Halo,and an economic study performed to evaluate the viability of the designed product.