A ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS DOS COMPONENTES CRÍTICOS DO MOTOR A GASOLINA 2.6L
Por: AugustodeSouza • 24/9/2022 • Artigo • 2.619 Palavras (11 Páginas) • 111 Visualizações
Universidade Federal de São Carlos
Pró-Reitoria de Pesquisa
Projeto de Pesquisa
Título do Projeto de Pesquisa:
ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS DOS COMPONENTES CRÍTICOS DO MOTOR A GASOLINA 2.6L
Proponentes:
AUGUSTO DE SOUZA GRACETO - 812392
GUILHERME BACCULE CAMPOS - 811690
MARIA EDUARDA FREIRE PANATO - 813691
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Sumário
1. Introdução e Justificativa 1
2. Síntese da Bibliografia Fundamental 2
3. Objetivos 3
4. Materiais e Métodos 4
5. Forma de Análise dos Resultados 5
6. Plano de Trabalho e Cronograma de Execução 6
7. Bibliografia 7
Introdução e Justificativa
Nos últimos anos, a análise de elementos finitos evoluiu como uma poderosa ferramenta para apoiar engenheiros em diversas áreas de desenvolvimento e pesquisa de produtos. Com o contínuo aumento das capacidades computacionais, essas técnicas se tornaram cada vez mais importantes para o desenvolvimento efetivo de produtos.
O virabrequim é um componente com uma geometria complexa no motor, que converte o movimento recíproco do pistão em um movimento rotativo com um mecanismo de ligação de quatro barras. É o componente mais crítico do motor pois, experimenta cargas cíclicas na forma de flexão e torção durante sua vida útil. Existem duas principais forças exercidas sobre o virabrequim durante seu trabalho, sendo elas; força gasosa, que devido ao processo de combustão na câmara de combustão, essa força é transmitida ao virabrequim pelas bielas, e a força de inércia, que é proporcionada devido à massa do componente e seus anexos. Devido à natureza dinâmica do sistema, tanto o gás CO2 quanto as forças de inércia aplicam dobra e torque ao virabrequim.
Nesse contexto, propõe-se o desenvolvimento de uma análise analítica sobre os componentes críticos do motor, como virabrequim, utilizando-se modelagem 3D e modelagem de elementos finitos com o propósito de encontrar pontos de tensão, deformação, deslocamento e fadiga, a fim de transformar um motor 1.8L para um motor de quatro tempos e quatro cilindros 2.6L com apenas modificações dos componentes críticos do motor.
Síntese da Bibliografia Fundamental
Levando em consideração os avanços já feitos durante a história, podemos usar algumas referências que certamente enriquecerão nossa pesquisa e intuito desejado.
A princípio, citamos a obra “Cinemática e Dinâmica de Maquinário” de Wilson, C. E. Sandler, em 1993, que levou em consideração a fadiga sofrida no virabrequim devido à natureza dinâmica do sistema gasoso sofrida no processo de combustão na câmera do motor e a força da inércia devido a massa do componente e seus acessórios. Nesta pesquisa, conclui-se que há uma rachadura no estreito agudo do virabrequim e os buracos de lubrificação influenciaram o aumento da rachadura.
Também podemos levar em consideração a obra “Um estudo comparativo da fadiga e a previsão da vida útil do aço forjado e as hastes de conexão de ferro”. O estudo foi feito por Phavardhan S. Shenoy e Ali Fatemi, e nele analisa-se as altas cargas cíclicas compressivas devido a combustão e a tração por parte da inércia.
Outro estudo relevante na área foi o feito por Montazersadgh e Ali Fatemi, “Análise De Tensão E Otimização De Virabrequins Sujeitos A Carga Dinâmica". nele é considerado a velocidade angular obtida pela abordagem vetorial, aceleração angular e linear do pistão a fim de encontrar a carga crítica que age no pino do virabrequim. Além do trabalho feito por Wilson, C. E. E. Sandler, “Cinemática E Dinâmica Das Máquinas” em 1983, portanto, uma pesquisa já bastante antiga para os padrões, porém não ultrapassada, onde visa a análise dos elementos finitos tridimensionais da haste de um motor diesel de alta velocidade. Deste estudo, extraímos informações sobre a superfície de contato que deve estar em 120 graus para que a manivela e as extremidades do pino do pistão tenham uma carga uniforme.
Temos, por fim, que levar em consideração o trabalho científico desenvolvido em conjunto pelos pesquisadores I. Piraner, C. Peleuger e O. Bouthier, intitulado “Processo De Análise De Virabrequins E Mancais De Cummins”. O estudo analisa a conexão das hastes do virabrequim, bem como a distribuição de carregamento compressivo e carregamento de tração, sendo o estudo feito em 2002.
Objetivos
- Objetivo Geral
O objetivo principal da presente proposta de Projeto de Pesquisa é o desenvolvimento de um motor a gasolina de quatro tempos e quatro cilindros de 2.6 L de capacidade através do melhoramento de motor de 1.8 L já existentes. Como este é um projeto de atualização, foi decidido que, em vez de partir para um novo design a partir do conceito básico, é melhor reimaginar os componentes críticos dos motores já existentes. Reduzindo drasticamente o custo e o tempo de desenvolvimento.
- Objetivos Específicos
- A transformação de um motor de 1.8 L à gasolina com 4 cilindros em linha para um de 2.6 L com o mesmo virabrequim.
- Desenvolvimento de um novo design para os componentes do motor à combustão utilizando elementos finitos para descobrir pontos de tensão.
- Aplicar cálculos matemáticos a fim de encontrar a magnitude das forças que serão exercidos sobre a biela, pistão e o virabrequim.
- Realizar uma análise dinâmica estrutural através de modelagem 3D e de elementos finitos a fim de realizar uma análise analítica dos componentes.
Materiais e Métodos
A princípio, será utilizado para o desenvolvimento do motor a gasolina de quatro tempos e quatro cilindros de 2.6L é a AEF (análise de elementos finitos), que consiste em uma ferramenta de suporte para os engenheiros em vários setores de desenvolvimento e pesquisa. O pré-processo e a análise serão feitos, utilizando os elementos finitos, pelo Altair's HyperMesh, para o solucionador será utilizado Altair's OptiStruct e o HyperView após a realização do projeto.
A principal análise que será feita é a performance da estrutura dinâmica do eixo de manivelas e da biela para determinar o limite até o momento de fadiga, utilizando a EF.
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