Otimização topológica em um carrinho de competições F1 in schools

Abstract

A competição F1 in Schools desafia estudantes a projetar, fabricar e otimizar um carrinho de propulsão a ar, aplicando conceitos de engenharia e manufatura avançada. Neste contexto, o presente estudo tem como objetivo aprimorar o desempenho estrutural e aerodinâmico do carrinho por meio da otimização topológica, uma técnica que permite reduzir a massa do modelo, mantendo sua rigidez e resistência mecânica. A modelagem tridimensional foi realizada no SolidWorks, enquanto as simulações de elementos finitos (FEA) e a otimização topológica foram conduzidas no ANSYS 2024 R2. O processo de otimização focou na identificação e remoção de material em regiões de baixa tensão, garantindo que as áreas críticas do carrinho, como as fixações do eixo e os pontos de suporte da carcaça, mantivessem sua integridade estrutural. As análises consideraram as propriedades do poliuretano expandido (PU), material exigido pelo regulamento da competição, e dos demais componentes fabricados por impressão 3D em nylon com fibra de carbono (PA-CF). Os resultados mostraram que a aplicação da otimização topológica proporcionou uma redução de 52,4% da massa da carcaça, diminuindo seu peso de 87,60 g para 41,71 g, além de uma diminuição proporcional no volume total.