Diseño, producción y validación de un chasis en materiales compuestos para un auto de Formula Student

Abstract

El proyecto que se presenta a continuación se describen cuáles han sido los pasos dados cubrir todas las fases necesarias para realizar de un chasis en materiales compuestos para un vehículo de Formula Student/SAE del grupo estudiantil “squadra corse” del Politécnico de Torino, partiendo desde el concepto hasta la producción, se presentando los resultados obtenidos experimentalmente. La Formula Student/SAE es una competición universitaria a nivel mundial que consta de varias pruebas y consiste en el diseño y fabricación por parte de los estudiantes de un monoplaza que será evaluado tanto en el apartado de diseño como en el de comportamiento en circuito. En este proyecto se describen los distintos pasos que se han ido dando para la obtención de un cuerpo aerodinámico para un monoplaza de fórmula SAE, así como las conclusiones y el resultado final obtenido. En primer lugar, se realizó un estudio del estado del arte, se determinaron los aspectos fundamentales a tener en cuenta en el diseño y se estudiaron las distintas tecnologías de producción de los chasis actuales. Al mismo tiempo se realizó un estudio profundo de las normas de la formula SAE 2013. La seguridad es uno de los principales requisitos ya que se trata de una competición estudiantil, y por lo tanto son muchas las restricciones a las que el chasis está sometido por parte de la organización para garantizar la seguridad de los participantes. Para realizar el diseño del chasis se partió de un modelo base formado por las partes de la estructura de seguridad que se encontraban normalizadas y los diferentes componentes que el chasis debe sostener. Una vez cumplida la normativa se introdujeron los cambios en el diseño, probando nuevas ideas y analizando los resultados obtenidos. La normativa impone que todos los materiales utilizados en la producción del chasis del vehículo sean probados experimentalmente para determinar sus características mecánicas, utilizando la teoría clásica de laminados para materiales compuestos se seleccionaron los materiales con la mayor proporción de rigidez / densidad que estuvieran comercialmente disponibles. Siguiendo los requisitos de la normativa, se realizaron las pruebas experimentales para determinar las características de rigidez, resistencia y deformación de un laminado con los materiales seleccionados. Los primeros resultados de las pruebas permitieron utilizar datos experimentales en el modelo de cálculo a elemento finito de tipo estático linear que se realizó con el paquete de software de ALTAIR, permitiendo un dimensionamiento de los materiales a utilizar para producir el chasis teniendo como objetivo minimizar el peso y satisfacer todos los requisitos de resistencia mecánica a las fuerzas dinámicas y estáticas que el vehículo puede sostener durante su utilizo, así como los requisitos mínimos de rigidez para garantizar el correcto funcionamiento de la suspensión. Una vez determinadas las características de los materiales a utilizar, espesores, zonas, etc. mediante el cálculo numérico para satisfacer los objetivos del proyecto, se procedió a probar experimentalmente los diferentes laminados resultantes del análisis para validar el modelo y tener los datos necesarios para demostrarle a la organización de la competencia la seguridad del chasis. Para concluir la fase de diseño, se finalizó el modelo CAD del chasis y se realizaron todos los diseños técnicos necesarios para la producción de los moldes necesarios para realizar el chasis. Por otra parte, se procedió con el uso del software Laminate Tools para determinar la forma “plana” de las pieles de fibra de carbono y permitir preparar la materia prima necesaria para la producción. Sucesivamente, se realizó el proceso de laminación de todas las capas y el proceso de curado en autoclave. Para finalizar el proceso de producción, una vez retirado el chasis del molde, se procedió a realizar el mecanizado de los agujeros y diversos puntos de interés bajo una fresa a control numérico. Una vez que el formula estuvo totalmente ensamblado, se realizó una prueba de rigidez torsional para validar de manera definitiva la rigidez total de la estructura y establecer si se lograron satisfacer los objetivos de rigidez del proyecto.