Otimização topológica de um disco de freio para um veículo de fórmula SAE

dc.contributor.advisor-co1Alexandre Tácito
dc.contributor.advisor1Malavolta, Alexandre Tácito
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8477313173581967
dc.contributor.authorAcorinte, Paulo Eduardo Blanco
dc.date.accessioned2025-03-21T13:48:06Z
dc.date.issued2025-02-25
dc.description.abstractThis work aims to apply topology optimization in the design of a brake disc for a Formula SAE vehicle, seeking to reduce its mass without compromising structural integrity and thermal performance. Initially, a vehicle dynamics analysis was conducted during the braking process, considering the conversion of mechanical energy into thermal energy and its impact on the disc structure. The mathematical modeling of thermal behavior was carried out using the lumped capacitance method, allowing the estimation of temperature evolution over time. The adopted methodology involved creating structural models of the brake disc in ANSYS software, where boundary conditions were applied based on the Formula SAE Brake Test. From the analyses performed, it was possible to identify critical stress regions and propose a material redistribution without compromising the component’s strength. The results showed that the optimization led to a mass reduction of up to 21.71% while keeping the maximum stress below the yield strength of the chosen material, AISI 1045 steel. Furthermore, a comparative analysis between the models before and after optimization indicated an improvement in the overall energy efficiency of the vehicle, with a reduction in the mass moment of inertia of the disc, in addition to the mass reduction itself. It is concluded, therefore, that topology optimization is an effective tool for developing lighter and more efficient automotive components.eng
dc.description.resumoEste trabalho tem como objetivo a aplicação da otimização topológica no projeto de um disco de freio para um veículo Fórmula SAE, visando reduzir sua massa sem comprometer a integridade estrutural e o desempenho térmico. Inicialmente, foi realizada uma análise da dinâmica veicular durante o processo de frenagem, considerando a conversão da energia mecânica em energia térmica e os impactos dessa conversão na estrutura do disco. A modelagem matemática do comportamento térmico foi conduzida utilizando o método da capacitância global, permitindo estimar a evolução da temperatura ao longo do tempo. A metodologia adotada envolveu a criação de modelos estruturais do disco de freio no software ANSYS, onde foram aplicadas condições de contorno com base no Brake Test da Fórmula SAE. A partir das análises realizadas, foi possível identificar regiões críticas de tensões e propor uma redistribuição de material sem comprometer a resistência do componente. Os resultados demonstraram que, com a otimização, foi possível reduzir até 21,71% da massa total do disco, mantendo a tensão máxima abaixo do limite de escoamento do material escolhido, o aço 1045. Além disso, a análise comparativa entre os modelos antes e depois da otimização indicou uma melhoria na eficiência energética do veículo como um todo, com uma redução do momento de inércia de massa do disco, além da própria redução de massa. Conclui-se, portanto, que a otimização topológica é uma ferramenta eficaz para o desenvolvimento de componentes automotivos mais leves e eficientes.
dc.identifier.citationACORINTE, Paulo Eduardo Blanco. Otimização topológica de um disco de freio para um veículo de fórmula SAE. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21613.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/21613
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia Mecânica - EMec
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectOtimização topológica
dc.subjectDisco de freio
dc.subjectFórmula SAE
dc.subjectTopological optimizationeng
dc.subjectBrake disceng
dc.subjectFormula SAEeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
dc.titleOtimização topológica de um disco de freio para um veículo de fórmula SAE
dc.title.alternativeTopological optimization of a brake disc for a Formula SAE vehicleeng
dc.typeTCC

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