Análise de rigidez torcional estática de um chassi tubular de kart F4

Abstract

O kart, desde 1956, é uma modalidade dentro do automobilismo que abrange desde entusiastas até servir como categoria de base para jovens pilotos. O chassi é o principal componente de sustentação do veículo, com papel fundamental no desempenho. O estudo da rigidez torcional estática torna-se essencial à medida que esse parâmetro influencia diretamente a dirigibilidade e o contato pneu-solo. Frente a isso, a presente monografia realiza a determinação numérica da rigidez torcional estática de um chassi tubular de kart, por meio do método dos elementos finitos, utilizando um modelo de elementos de viga desenvolvido no programa ANSYS®. A partir da aplicação de um carregamento de torção sob dois sentidos de solicitação, determinou-se a rigidez torcional, avaliou-se o estado de tensões e o fator de segurança da estrutura, e confrontaram-se os resultados com os valores reportados na literatura para estruturas tubulares de competição. Os resultados obtidos indicam uma rigidez torcional de 316,9 Nm/grau, valor que supera o mínimo recomendado na literatura para quadros de kart e se situa dentro do amplo intervalo reportado para esse tipo de estrutura. A avaliação de tensões revelou uma tensão de pico de 190,2 MPa, inferior à metade do limite de escoamento adotado para o material (460 MPa), o que corresponde a um fator de segurança de aproximadamente 2,42 e confirma que a estrutura opera integralmente no regime elástico, validando a hipótese de comportamento linear adotada. Constatou-se ainda uma assimetria de aproximadamente 2,7% na resposta estrutural entre os lados do quadro, decorrente de sua geometria. Em conjunto, esses resultados demonstram a aplicabilidade do método dos elementos finitos com elementos de viga para esse tipo de análise.

Since 1956, karting has been a motorsport discipline ranging from enthusiasts to serving as an entry-level category for young drivers. The chassis is the main structural component of the vehicle, playing a fundamental role in its performance. The study of static torsional stiffness becomes essential as this parameter directly influences handling and tire-to-ground contact. In this context, this monograph performs the numerical determination of the static torsional

stiffness of a tubular kart chassis, by means of the finite element method, using a beam- element model developed in ANSYS® software. Through the application of a torsional load

under two loading directions, the torsional stiffness was determined, the stress state and the safety factor of the structure were evaluated, and the results were compared with the values reported in the literature for tubular competition structures. The results indicate a torsional stiffness of 316.9 Nm/degree, a value that exceeds the minimum recommended in the literature for kart frames and lies within the broad range reported for this type of structure. The stress evaluation revealed a peak stress of 190.2 MPa, below half of the yield strength adopted for the material (460 MPa), corresponding to a safety factor of approximately 2.42 and confirming that the structure operates entirely within the elastic regime, validating the assumed linear behavior. An asymmetry of approximately 2.7% was also observed in the structural response between the sides of the frame, arising from its geometry. Taken together, these results demonstrate the applicability of the finite element method with beam elements for this type of analysis.