Diseño y análisis mecánico de la estructura trasera para un monoplaza de competición Fórmula Student

Abstract

[ES] Formula Student es una competición global en la que la que equipos formados por estudiantes diseñan, construyen y testean un monoplaza tipo fórmula con el objetivo de competir entre ellos en diferentes competiciones por los mejores circuitos del mundo, midiéndose en diferentes pruebas, este trabajo se ha realizado en el equipo de Formula Student de la Universitat Politècnica de Valencia, el FSUPV Team.

El propósito de este trabajo es el de diseñar una estructura que sea unión de las dos partes del monocasco en la zona trasera del mismo donde por cuestiones de ensamblaje la sección es abierta y que sirva de anclaje para el motor, un Honda CBR 600 RR, para los amortiguadores y para los porta-diferenciales que como su propio nombre indica dan anclaje al diferencial, el cual mediante la cadena y a través de la corona recibe el par del motor. La dificultad de esta pieza reside en hacerla en aluminio a diferencia de la tubular de acero que se tenía anteriormente, teniendo que lidiar con el riesgo de su fallo a fatiga, al ser una estructura que ve un conjunto de cargas complejo, de elevado orden y de un alto número de ciclos.

El flujo de diseño comenzara con un análisis de los requerimientos geométricos que ha de cumplir la pieza, posteriormente se pasará su optimización mecánica por medio de la simulación en el software SolidWorks y por último se hará un análisis de resultados de la mejor versión obtenida y la que a posteriori ha sido mecanizada para su ensamblaje en el prototipo. También se abordan en este trabajo la realización de ensayos no destructivos como son el análisis de vibraciones, puesto que es una pieza situada en el punto más crítico del coche en cuanto a estas y la inspección por líquidos penetrantes a diferentes kilómetros de vida para la validación de su resistencia a la fatiga.

[CA] Formula Student és una competició global en la qual la que equips formats per estudiants dissenyen, construeixen i testen un monoplaça tipus fórmula amb l'objectiu de competir entre ells en diferents competicions pels millors circuits del món, mesurant-se en diferents proves, aquest treball s'ha realitzat en l'equip de Formula Student de la Universitat Politècnica de València, el FSUPV Team. El propòsit d'aquest treball és el de dissenyar una estructura que siga unió de les dues parts del monocasc en la zona posterior del mateix on per qüestions d'assemblatge la secció és oberta i que servisca d'ancoratge per al motor, un Honda CBR 600 RR, per als amortiguadors i per als porta-diferencials que com el seu propi nom indica donen ancoratge al diferencial, el qual mitjançant la cadena i a través de la corona rep el parell del motor. La dificultat d'aquesta peça resideix a fer-la en alumini a diferència de la tubular d'acer que es tenia anteriorment, havent de bregar amb el risc de la seua fallada a fatiga, ja que és una estructura que veu un conjunt de càrregues complex, d'elevat ordre i d'un alt nombre de cicles. El flux de disseny començarà amb una anàlisi dels requeriments geomètrics que ha de complir la peça, posteriorment es passarà la seua optimització mecànica per mitjà de la simulació en el programa SolidWorks i per últim es farà una anàlisi delsresultats de la millor versió obtinguda i la que a posteriori ha sigut mecanitzada per al seu assemblatge en el prototip. També s'aborden en aquest treball la realització d'assajos no destructius com són l'anàlisi de vibracions, ja que és una peça situada en el punt més crític del cotxe quant a aquestes i la inspecció per líquids penetrants a diferents quilòmetres de vida per a la validació de la seua resistència a la fatiga.

[EN] Formula Student is a global competition in which teams formed by students design, build and test a formula car with the aim of competing against each other in different competitions on the best circuits in the world, measuring themselves in different tests. This work has been carried out in the Formula Student team of the Universitat Politècnica de Valencia, the FSUPV Team.

The purpose of this work is to design a structure being the union of the two parts of the monocoque in the rear area where for assembly issues the section is open and also being attachment for the engine, a Honda CBR 600 RR, for the dampers and for the differential, which by means of the chain and through the crown receives the torque from the engine. The difficulty of this part lies in making it in aluminium as opposed to the tubular steel that was previously used, having to deal with the risk of fatigue failure, being a structure that sees a complex set of loads, high order and a high number of cycles.

The design flow will begin with an analysis of the geometric requirements that the part has to meet, followed by its mechanical optimisation by means of simulation in SolidWorks software and finally an analysis of the results of the best version obtained and the one that has been subsequently machined for assembly in the prototype. This work also includes the performance of non-destructive tests such as vibration analysis, since this is a part located at the most critical point of the car in terms of vibrations, and inspection by penetrating liquids at different kilometres of life to validate its resistance to fatigue.