Modelagem e análise de uma roda aro 10" em material compósito aplicada a um veículo fórmula SAE

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento preliminar de uma roda em fibra de carbono aplicada ao veículo da equipe Fórmula CEM, da Universidade Federal de Santa Catarina – Campus Joinville. O estudo tem como objetivo propor uma solução estrutural e economicamente viável que reduza a massa não suspensa do protótipo, contribuindo para o aprimoramento de sua dinâmica veicular. Foram consideradas as restrições impostas pela competição Fórmula SAE, bem como os requisitos de projeto relacionados à resistência mecânica, processo de manufatura e custo. O desenvolvimento foi conduzido segundo o modelo em “V”, contemplando as etapas de definição de requisitos, modelagem geométrica, pré-processamento, simulação numérica e análise financeira. As ferramentas utilizadas incluíram o SolidWorks para modelagem 3D e o ANSYS ACP para análise estrutural de laminados compósitos, com validação dos esforços por meio do critério de falha de Tsai-Hill. Os resultados indicaram que a roda em fibra de carbono, pesando aproximadamente 1,1 kg, apresenta desempenho estrutural satisfatório e custo cerca de 50% inferior ao das rodas comerciais em magnésio, demonstrando viabilidade técnica e econômica.

This work presents the preliminary development of a carbon fiber wheel designed for the vehicle of the Fórmula CEM team at the Federal University of Santa Catarina – Joinville Campus. The study aims to propose a structurally and economically feasible solution to reduce the unsprung mass of the prototype, thereby enhancing its vehicle dynamics performance. The project considered the design restrictions imposed by the Formula SAE competition, as well as mechanical strength, manufacturing, and cost requirements.The development followed the V-Model methodology, encompassing requirement definition, geometric modeling, preprocessing, numerical simulation, and financial analysis. The tools used included SolidWorks for 3D modeling and ANSYS ACP for composite laminate analysis, with failure validation based on the Tsai-Hill criterion. The results indicated that the carbon fiber wheel, weighing approximately 1.1 kg, demonstrated satisfactory structural performance and a 50% lower cost compared to commercial magnesium wheels, confirming both technical and economic feasibility.