CONCEPÇÃO DE ESTRUTURA DE QUADRICICLO A PEDAL DESENVOLVIDO E ANALISADO NO CATIA V5

ETEP - FACULDADE DE TECNOLOGIA
DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
CONCEPÇÃO DE ESTRUTURA DE QUADRICICLO A PEDAL
DESENVOLVIDO E ANALISADO NO CATIA V5
Carlos Pedro David Filho
Trabalho de Conclusão de Curso de Bacharelado em Engenharia Industrial Mecânica,
orientado pelo Eng. M.Sc. Domingos Sávio Raimundo Júnior.
ETEP Faculdades
São José dos Campos
2013

ETEP - FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
CONCEPÇÃO DE ESTRUTURA DE QUADRICICLO A PEDAL
DESENVOLVIDO E ANALISADO NO CATIA V5
Carlos Pedro David Filho
_____________________________ _____________________________
Domingos Sávio Raimundo Júnior Washington Luiz dos Santos
ETEP Faculdades
São José dos Campos
2013

“Eu não tenho ídolos. Tenho admiração por trabalho, dedicação e competência.”
3
Ayrton Senna

AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente à Deus, tanto pela saúde, como também pela capacidade de me
desenvolver tecnicamente, realizando além de trabalhos, conceitos e experiências que serão
levados por toda vida.
Sou totalmente grato à minha mãe Maria Eugênia Bassi, ao meu irmão Carlos Wallace David
e também a toda família Bassi, pelos conselhos, carinho, amor e compreensão, além da
educação que eles me deram.
Agradeço também a instituição ETEP FACULDADES e aos professores, por me formar um
profissional tecnicamente preparado para enfrentar desafios no atual mercado de trabalho
competitivo.
4

RESUMO
Este trabalho de conclusão de curso consiste na elaboração e criação da estrutura primária de
um quadriciclo a pedal para uso adulto, a ser desenvolvido e analisado pelo software CATIA
V5R20, projetado para resistir aos carregamentos aplicados.
Para obter maior confiabilidade e segurança, foram aplicados os conceitos de engenharia
como resistência dos materiais, selecionando material e perfis variados, além dos itens de
fixação garantindo a união dos elementos.
Através de análise pelo método de elementos finitos verificou as flexões (em regime linear-elástico)
realizadas em cada aplicação de cargas, propondo um novo perfil mais resistente,
evitando a quebra do chassi. Sendo assim, fatores de segurança e simulações foram realizados
para garantir a qualidade.
Palavras Chave: Quadriciclo a pedal; Estrutura; Chassi; Catia V5, Elementos Finitos
5

SUMÁRIO
6
Pág.
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 8
LISTA DE TABELAS ................................................................................................................ 10
LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................................. 11
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 12
1.1 OBJETIVO DO TRABALHO ........................................................................................... 14
1.2 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................... 14
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA....................................................................................... 15
2.1 RESISTÊNCIA DOS MATERIAS .................................................................................... 15
2.1.1 CONCEITOS DE TENSÃO DEFORMAÇÃO .................................................................. 15
2.1.2 DIAGRAMA TENSÃO DEFORMAÇÃO CONVENCIONAL ........................................ 17
2.1.3 LEI DE HOOKE ................................................................................................................. 18
2.1.4 DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA DOS METAIS ........................................... 18
2.1.5 FATOR DE SEGURANÇA ............................................................................................... 19
2.1.6 VIGAS E PERFIS FABRICADOS .................................................................................... 19
2.1 CONCEITOS DINÂMICOS E LEIS DE NEWTON......................................................... 20
2.1.1 PRIMEIRA LEI DE NEWTON ......................................................................................... 21
2.1.2 SEGUNDA LEI DE NEWTON ......................................................................................... 21
2.1.3 TERCEIRA LEI DE NEWTON ......................................................................................... 21
2.2 LIGAS METÁLICAS ........................................................................................................ 21
2.2.1 AÇOS -CARBONO ............................................................................................................ 22
2.3 MÉTODOS DOS ELEMENTOS FINITOS ....................................................................... 22
2.3.1 MALHA ............................................................................................................................. 23
2.3.2 ELEMENTOS SÓLIDOS .................................................................................................. 23
2.3.3 CRITÉRIO DE TENSÃO MÁXIMA VON-MISES .......................................................... 25
3 METODOLOGIA ................................................................................................................ 26
3.1 DESENVOLVIMENTO TRIDIMENSIONAL ................................................................. 26
3.1.1 ESQUELETO ..................................................................................................................... 27

3.1.2 CRIAÇÃO DA ESTRUTURA ........................................................................................... 30
3.1.3 DEFINIÇÃO DIMENSIONAL DA ESTRUTURA .......................................................... 32
3.1.4 ESCOLHA DO MATERIAL ............................................................................................. 33
3.2 ANÁLISE ESTRUTURAL ................................................................................................ 33
3.2.1 METODOLOGIA DOS ELEMENTOS FINITOS ........................................................... 34
3.2.2 DEFINIÇÃO DE RESTRIÇÕES ....................................................................................... 35
3.2.3 ESCOLHA DA MALHA ................................................................................................... 35
3.2.4 DEFINIÇÃO DE CARGAS ............................................................................................... 36
3.2.5 APLICAÇÕES DE CARGAS E SIMULAÇÃO POR COMPRESSÃO ........................... 38
3.2.6 SIMULAÇÃO 1 ................................................................................................................. 38
3.2.7 SIMULAÇÃO 2 ................................................................................................................. 38
3.2.8 SIMULAÇÃO 3 ................................................................................................................. 39
3.2.9 SIMULAÇÃO 4 ................................................................................................................. 40
3.2.10 SIMULAÇÃO 5 ............................................................................................................. 41
3.2.11 SIMULAÇÃO 6 ............................................................................................................. 41
3.2.12 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES .......................................................................... 42
3.2.13 MELHORIA DE PERFIL .............................................................................................. 43
3.2.14 ANALISE CRÍTICA E MELHORIA ............................................................................ 44
4 RESULTADOS ..................................................................................................................... 47
4.1 ANÁLISE DE TENSÃO COMPARTIVAS DOS CHASSIS ............................................ 47
4.2 DIMENSIONAMENTO FINAL DA ESTRUTURA ........................................................ 47
5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 50
GLOSSÁRIO .............................................................................................................................. 54
7

LISTA DE FIGURAS
8
Pág.
Figura 1.1 – Quadriciclo a pedal “GoBoy-X2”. ....................................................................... 12
Figura 1.2 – Triciclo a pedal. ..................................................................................................... 12
Figura 1.3 – Triciclo Eco-táxi. ................................................................................................... 13
Figura 1.4 – Quadriciclo para oito pessoas. ............................................................................. 13
Figura 2.1 – (a) Tensão de tração, (b) Tensão de compressão, (c) Tensão de cisalhamento
e (d) Tensão de torção. ............................................................................................................... 16
Figura 2.2 – Diagrama tensão-deformação convencional e real para material dúctil
(aço). ............................................................................................................................................. 17
Figura 2.3 – Diagrama tensão-deformação Linear. ................................................................ 18
Figura 2.4 – Perfis composto de chapas ou perfis laminados. ................................................ 20
Figura 2.5 – Malha de um círculo. ............................................................................................ 23
Figura 2.6 - Elemento Tetraédrico Regular. ............................................................................ 24
Figura 2.7 - Elemento Tetraédrico Parabólico. ....................................................................... 24
Figura 3.1 – Software CATIA V5R20. ...................................................................................... 26
Figura 3.2 – Part Design. ........................................................................................................... 26
Figura 3.3 – Esqueleto Vista Isométrica (CATIA V5R20). .................................................... 27
Figura 3.4 - Esqueleto Vista Lateral (CATIA V5R20). ........................................................... 28
Figura 3.5 – Esqueleto Vista Superior (CATIA V5R20). ........................................................ 29
Figura 3.6 - Publicação (CATIA V5R20). ................................................................................ 29
Figura 3.7 – Criação do sólido. Árvore de parâmetros (à esquerda) e Aplicação de
parâmetro no perfil (à direita). ................................................................................................. 30
Figura 3.8 - Estrutura Chassi_1. ............................................................................................... 31
Figura 3.9 – Montagem. ............................................................................................................. 31
Figura 3.10 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Lateral. .............................. 32
Figura 3.11 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Superior. ........................... 32
Figura 3.12 – Biblioteca de Materiais – Aço (Steel)................................................................. 33
Figura 3.13 – Estrutura Chassi_1 pré-dimensionado. ............................................................ 34
Figura 3.14 - Generate Part Analysis Structure. ..................................................................... 35

Figura 3.15 – Restrições de movimento. Fixação (à esquerda) e Translação e Rotação (à
direita). ........................................................................................................................................ 35
Figura 3.16 - Malha Tetraedro Parabólico. ............................................................................. 36
Figura 3.17- Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 1). ........................ 38
Figura 3.18 - Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 2). ....................... 39
Figura 3.23 – Estrutura Chassi_2. ............................................................................................ 43
Figura 3.24 – Identificação das análises críticas e melhoria para o Chassi_3. ..................... 46
Figura 4.1 – Perfil de tubos definidos em Chassi_3. ................................................................ 49
Figura 5.1 – Montagem simulada de componentes. ................................................................ 50
9

LISTA DE TABELAS
10
Pág.
Tabela 2.1 – Principais tipos de aços usados em estruturas. .................................................. 22
Tabela 3.1 – Tensões Máximas nas simulações de Chassi_1. .................................................. 42
Tabela 3.2 – Tensões máximas comparativas de Chassi_1 e Chassi_2. ................................... 44
Tabela 3.3 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria) ............................ 45
Tabela 3.4 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria). ........................... 45
Tabela 3.5 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria). ........................... 46
Tabela 4.1 – Análise de Tensão Máxima comparativa (revisão final) ................................... 47
Tabela 4.2 – Dimensões definidas para Chassi_3. ................................................................... 48
Tabela 4.3 – Massa das estruturas desenvolvidas. ................................................................... 49

LISTA DE SÍMBOLOS
a = Aceleração;
E = Módulo de elasticidade ou modulo de Young;
0 L = Comprimento de referência;
Fp = Força pedal do ciclista;
F1 = Força g ou gravitacional;
F2 = Força peso;
FS1 = Fator de Segurança para força-g;
FS2 = Fator de Segurança para força-peso;
m0 = Massa padrão do Adulto;
m1 , m2 = Massas Majoradas para do Adulto;
g = Aceleração da gravidade;
σVon Mises = Tensão de Von Mises;
11
σ = tensão normal;
ε = deformação de tração;
d = variação no comprimento de referência

12
1 INTRODUÇÃO
O Quadriciclo a pedal visto na Figura 1.1, é um meio de transporte de propulsão
humana que possui quatro rodas, além de diversos componentes usados comercialmente em
bicicletarias, e são geralmente utilizado por duas, três ou até quatro pessoas.
Figura 1.1 – Quadriciclo a pedal “GoBoy-X2”.
Fonte: MESQUITA, 2008.
Similar ao modelo anterior, o triciclo, visualizado na Figura 1.2, é um veículo mais
popular e conhecido mundialmente, diferenciando apensar por este possuir três rodas, e não
quatro. (PEREIRA, 2011)
Figura 1.2 – Triciclo a pedal.
Fonte: PEREIRA, 2011.

No Brasil são utilizados como meio alternativo de transporte público em algumas
cidades turísticas, como na cidade do Rio de Janeiro e em Volta Redonda, visualizado na
Figura 1.3. Conhecido como Triciclo Eco-táxi (ou Táxi Ecológico), está em ascensão no
mercado nacional, pois além de preservar a natureza, pode ser usado em feiras, eventos e
exposições para locomoções rápidas, além de servir como espaço publicitário e divulgar
marcas, beneficiando o condutor como renda extra. (LEMES, 2008)
Figura 1.3 – Triciclo Eco-táxi.
Fonte: FERREIRA, 2008.
Na Europa e Japão existe há pelo menos 15 anos, conhecido como PediCabs, sendo
muito popular em grandes cidades como Barcelona, Berlim, Milão, Roma e Londres. Existem
diversos modelos, desde modelos individuais sem proteção, como também modelos maiores e
confortáveis, para até oito pessoas, como vista na Figura 1.4. (PEREIRA, 2011)
Figura 1.4 – Quadriciclo para oito pessoas.
Fonte: PEREIRA, 2012.
13

14
1.1 OBJETIVO DO TRABALHO
Na elaboração de um novo projeto ou melhoria, o papel do engenheiro de estrutura
consiste em determinar cargas e as distribuições de tensões em um corpo, de acordo com a
realidade a que será imposta, com a finalidade de resistir com segurança.
Este projeto tem como objetivo desenvolver e projetar uma nova estrutura primária
(chassi) de um quadriciclo a pedal, aplicar as cargas atuantes e demonstrar os pontos críticos
do projeto que deverão ser melhorados, analisando estaticamente através de elementos finitos
as principais deformações que suporte com segurança até duas pessoas adultas.
1.2 JUSTIFICATIVA
A criação de um novo veículo tem como finalidade propor uma alternativa de
transporte para a população, visando além de economia e saúde, preservar o meio ambiente
por não emitir gases tóxicos à natureza.
É um mercado que tende a evoluir nacionalmente por ter grande aceitação da
população, seja para aluguel, passeio ou táxi em cidades turísticas, como também como lazer
e locomoção, principalmente em cidades rurais e semi urbanas.

15
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O estudo estático visa demonstrar alguns conceitos básicos sobre as propriedades
mecânicas principais que afetam a resistência de uma estrutura, como o Diagrama tensão-deformação,
Módulo de Elasticidade, Material, Perfil Estrutural e Análise pelo método de
elementos finitos.
2.1 RESISTÊNCIA DOS MATERIAS
Resistência dos materiais abrange as propriedades mecânicas, como a resistência, a
dureza, a ductilidade e a rigidez. As cargas aplicadas correspondem a três tipos de cargas
resultantes como, tração, compressão, ou cisalhamento. O comportamento mecânico de um
corpo reflete a relação entre sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja nela
sendo aplicadas.
Esse ramo estuda as relações entre cargas externas aplicadas a um corpo deformável e
a intensidade das forças internas que atuam dentro desse corpo. Esse assunto abrange também
o cálculo da deformação do corpo e o estudo da sua estabilidade, quando ele está submetido a
forças externas. (HIBBELER, 2004)
A mecânica dos corpos rígidos pode ser dividida em estática e dinâmica, a estática tem
por finalidade o estudo do equilíbrio de um corpo em repouso ou em movimento com
velocidade constante. Já a dinâmica, pode ser caracterizada como a parte da mecânica dos
corpos rígidos dedicada ao estudo do movimento de corpos sob a ação de forças, ou seja,
movimentos acelerados dos corpos.
2.1.1 CONCEITOS DE TENSÃO DEFORMAÇÃO
Quando uma força é aplicada a um corpo, tende a mudar a forma e o tamanho dele.
Essas mudanças são denominadas deformação e podem ser perfeitamente visíveis ou
praticamente imperceptíveis sem o uso de equipamento para fazer medições precisas.
Se uma carga é estática, se alterando lentamente ao longo do tempo sendo aplicado de
maneira uniforme sobre uma seção reta, seu comportamento mecânico pode ser verificado
através de um ensaio de tensão-deformação. (CALLISTER, 2002)

A relação de carga aplicada perpendicularmente à sua respectiva reta da região ou
área, ou seja, a intensidade da força ou força por unidade de área, define-se a tensão de
engenharia que é expressa pela equação 2.1:
s = F (2.1)
16
A
Assim, de acordo a Figura 2.1, existem três maneiras principais de aplicação de
cargas, que normalmente são realizados à temperatura ambiente, como:
· Tração
· Compressão
· Cisalhamento
Figura 2.1 – (a) Tensão de tração, (b) Tensão de compressão, (c) Tensão de cisalhamento e (d)
Tensão de torção.
Fonte: CALLISTER, 2002.

Além da tensão, outro fator que simultaneamente acontece numa aplicação de carga, é
a deformação nominal, que é encontrada dividindo-se a variação no comprimento de
referência pelo comprimento inicial, expresso pela equação 2.2.
e = d (2.2)
17
0 L
2.1.2 DIAGRAMA TENSÃO DEFORMAÇÃO CONVENCIONAL
Segundo HIBBELER (2004), o diagrama de tensão deformação permite obter dados
sobre a resistência do corpo-de-prova à tração ou compressão, independente de sua forma
geométrica desse material. Pela curva do diagrama é possível identificar quatro maneiras
diferentes pelas quais o material se comporta, dependendo da grandeza da deformação nele
provocada.
Através do diagrama, é possível identificar o que acontece com o corpo-de-prova para
os materiais dúcteis que estão submetidos a um tipo de carga, a tensão e a deformação são
proporcionais entre si, de acordo a Figura 2.2.
Figura 2.2 – Diagrama tensão-deformação convencional e real para material dúctil (aço).
Fonte: HIBBELER, 2004

= s E (2.3)
18
2.1.3 LEI DE HOOKE
Na região elástica a deformação é aproximadamente proporcional à tensão. A razão
entre a tensão e a deformação do material é o módulo de elasticidade, que é uma característica
do metal, pois quanto maior forem as forças de atração entre os átomos, maior é seu módulo
de elasticidade. (VAN VLACK, 2004)
Os materiais dúcteis usados na engenharia apresentam relação linear entre tensão e
deformação na região de elasticidade, conseqüentemente, um aumento na tensão provoca um
aumento proporcional na deformação, como visto na Figura 2.3. (SORIANO, 2009)
Figura 2.3 – Diagrama tensão-deformação Linear.
Fonte: SORIANO, 2009.
Essa característica é conhecida como Lei de Hooke, que relaciona a linearidade entre
tensão normal que age na peça e sua deformação dentro do regime elástico, gerando um valor
chamado de módulo de elasticidade transversal, expresso matematicamente pela equação 2.3.
e
2.1.4 DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA DOS METAIS
A deformação elástica acontece antes da deformação plástica, ou seja, quando é
aplicada uma carga em um corpo-de-prova, o pedaço se torna levemente mais comprido. Ao
remover a carga, seu tamanho volta às dimensões originais. Na região elástica, a deformação é
o resultado de uma elongação da célula unitária na direção da tensão de tração a uma pequena

contração na direção da compressão. Já em deformação plástica, após a aplicação carga caso
seja maior ao que o material resista, ocorre um deslocamento permanente no corpo-de-prova,
ou seja, ao retirar a tensão não implica no retorno dos planos cristalinos às suas posições
originais. (VAN VLACK, 2004)
FS = (2.4)
19
2.1.5 FATOR DE SEGURANÇA
Na perspectiva de BEER & JOHNSTON (2006), uma peça estrutural deve ser
projetada de tal forma que a carga ultima seja consideravelmente maior que o carregamento
que essa peça irá suportar em condições normais de utilização.
Se a carga aplicada ao elemento for relacionada linearmente à tensão, então pode-se
expressar o fator de segurança como a relação entre a massa majorada e a massa padrão do
adulto, através da equação 2.4.
m
0
m
1
O fator de segurança pode ser encontrado em códigos de projeto e manuais de
engenharia, com a finalidade de manter um equilíbrio entre segurança e uma solução
econômica para o projeto. Este valor a ser escolhido deverá ser sempre maior do que 1,
evitando maior possibilidade de falha no projeto mecânico.
2.1.6 VIGAS E PERFIS FABRICADOS
Vigas são estruturas amplamente utilizadas na engenharia mecânica, civil, entre
outras, possuem estruturas simples ou complexas, e diferentes formas de seção, denominadas
perfis.
As vigas e os aços estruturais podem ser classificados em chapas, barras e perfis,
independentemente do seu processo de obtenção. Os perfis fabricados são formados pela
associação de chapas ou de perfis laminados simples, sendo a ligação, em geral, soldada.
(PFEIL, 1995)
Dentre os diversos tipos de perfis, na Figura 2.4 exemplifica alguns dos existentes no
mercado.

Figura 2.4 – Perfis composto de chapas ou perfis laminados.
Fonte: PFEIL, 1995.
O primeiro exemplo conforme Figura 2.4 a), o perfil I é formado pela associação de
20
três chapas, muito utilizado em:
• Construção civil.
• Estruturas metálicas de grande porte;
• Chassis de caminhões, caminhonetes e ônibus;
Já nas Figuras 2.4 b) e c), o perfil retangular e quadrado respectivamente, referem-se
aos perfis composto formado pela união de perfis laminados simples, tendo ampla aplicação
em:
• Estruturas metálicas;
• Serralheria;
• Máquinas e equipamentos;
• Indústria mecânica em geral.
2.1 CONCEITOS DINÂMICOS E LEIS DE NEWTON
A dinâmica é a parte da Física que tem como objetivo estudar as causas dos
movimentos. A análise principal na dinâmica refere-se à forças que atuam sobre o corpo,
proporcionando uma variação em sua quantidade de movimento, ou seja, a mudança do corpo
com o tempo. Na física dinâmica, existem as três leis de Newton em que todo o estudo do
movimento pode ser resumido. (CALÇADA & SAMPAIO, 1998)

21
2.1.1 PRIMEIRA LEI DE NEWTON
"Todo corpo permanece em seu estado de repouso, ou de movimento uniforme em
linha reta, a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças impressas nele".
(HIBBELER, 1995)
Um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme,
quando está livre da ação de forças externas ou sujeito a forças cuja resultante é nula,
considerado como uma propriedade que os corpos possuem denominada Inércia.
2.1.2 SEGUNDA LEI DE NEWTON
"A mudança do movimento é proporcional à sua força e se faz segundo a linha reta
pela qual se imprime essa força".(HIBBELER, 1995)
Considerado a definição do conceito de força na mecânica, a força peso é quando um
corpo com massa “m“ constante atua com aceleração “a” (ou aceleração da gravidade “g”),
expressado pela equação 2.5.
P = m . a (2.5)
O Peso de um corpo é a força com que a Terra o atrai, podendo variar conforme sua
respectiva gravidade de atuação, que tende a variar. Por exemplo, considerando uma
superfície da Terra, nível do mar, a aceleração da gravidade equivale a 9,8m/s², já na
superfície de Marte 3,724m/s².
2.1.3 TERCEIRA LEI DE NEWTON
"A uma ação sempre se opõe a uma reação igual, ou seja, as ações de dois corpos um
sobre o outro são sempre iguais e se dirigem a partes contrárias "(HIBBELER, 1995).
2.2 LIGAS METÁLICAS
São materiais com propriedades metálicas que contêm dois ou mais elementos
químicos, sendo que em pelo menos um deles é o metal. Isso porque a maioria não é utilizada
em estado puro, pois com propriedades alteradas o material pode-se atender melhor em cada
tipo de projeto específico, seja buscando maior dureza ou ductilidade, por exemplo.
(CALLISTER, 2002)
As ligas metálicas, devido à sua composição, são dividas em duas classes:

· Ferrosas: Aquelas nas quais o ferro é o componente principal, incluem os aços e os
22
ferros fundidos.
· Não ferrosas: Ligas que não têm como base o ferro.
2.2.1 AÇOS-CARBONO
Os aços são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros
elementos de liga, sendo diversos de ligas que possuem composições e/ou tratamentos
térmicos diferentes, sendo classificados de acordo com a sua concentração de carbono, com
baixo, médio e elevado teor de carbono. (CALLISTER, 2002)
O aumento das concentrações de teor carbono provoca a elevação na dureza e limites
de resistência, reduzindo ductilidade e tenacidade do material. Em estruturas metálicas usuais,
é comum a preferência pelo aço com baixo até moderado teor de carbono, devido sua ótima
resistência mecânica e ductilidade, o que atende a grande parte de pequenos projetos
estruturais, apresentado na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Principais tipos de aços usados em estruturas.
Fonte: PFEIL, 1995.
Essas ligas possuem ductilidade e tenacidade, além de serem usináveis, soldáveis e,
dentre todos os tipos de aço, são os mais baratos de serem produzidos.
2.3 MÉTODOS DOS ELEMENTOS FINITOS
Segundo ALVES FILHO, 2000, através do MEF (Métodos dos Elementos Finitos) é
possível criar modelos (protótipos digitais) usados para simular a condição real de uso do
produto. Os testes de campo e laboratório são realizados no protótipo digital visando a
redução de prazos e custos em ferramental, protótipos físicos e validação, por intermédio da
eliminação do processo de tentativa e erro.

Quando tem se um problema matemático que não consegue se resolver, é comum
tentar encontrar uma solução alternativa que contribua na solução do problema original. Um
exemplo deste tipo problema resolvido pode-se considerar com a introdução do Método dos
Elementos Finitos. (VICENTE, 2001)
O conceito de elementos finitos é simples: se um problema é muito complexo para ser
resolvido, crie subconjuntos menores para encontrar as soluções. O software cria um modelo
matemático que subdivide este modelo complexo em pequenos pedaços de forma regular
chamado elementos.
23
2.3.1 MALHA
A geração de malha por elementos finitos, o software subdivide a geometria em
pequenos pedaços denominado elemento. O elemento é um número finito de pontos de
conexão, localizados em seus vértices e arestas, chamados de nós. O conjunto de rede de
elementos e nós é chamada de malha, representado na Figura 2.5, representando um círculo
com 12 nós. (ALVES FILHO, 2000)
Figura 2.5 – Malha de um círculo.
Fonte: HUEBNER & THORNTON, 1982.
Quanto maior for número de nós em um elemento, melhor será a precisão da análise,
pois em cada nó possui a propriedade do material.
2.3.2 ELEMENTOS SÓLIDOS
Tetraédrico Regular é um elemento sólido onde as cargas do elemento têm como
característica agir no estado triaxial de tensões, diferentemente do plano, ou seja, esses tipos

de carga que agem nos eixos X, Y e Z. Na Figura 2.6, ilustra o elemento tetraédrico com
apenas quatro nós.
Figura 2.6 - Elemento Tetraédrico Regular.
Fonte: RAO, 2004.
Neste tipo de elemento tetraédrico, os nós se movimentam em 3 componentes de
deslocamento, estes deslocamentos se dá conforme o tipo de esforço aplicado e as
características do material. Portanto, o elemento possui 3 graus de liberdade por nó
totalizando 12 nós.
Similar ao elemento anterior, o Tetraédrico Parabólico possui finitos elementos na
forma de “tetraedros”, como visto na Figura 2.7, mas agora irá possuir mais quantidade de
graus de liberdade, desta forma o elemento possuirá 10 nós totalizando 30 graus de liberdade.
Figura 2.7 - Elemento Tetraédrico Parabólico.
Fonte: RAO, 2004.
Os elementos parabólicos dão melhores resultados do que elementos lineares por
representarem arestas curvadas mais adequadamente e produzirem melhores aproximações
matemáticas, porém, necessitam de mais recursos computacionais.
Para problemas estruturais, cada nó de um elemento sólido possui três graus de
liberdade que representam as translações nas três direções ortogonais. O software usa as
coordenadas das direções X, Y, e Z do sistema global de coordenadas cartesianas para
formular o problema.
24

2.3.3 CRITÉRIO DE TENSÃO MÁXIMA VON-MISES
O critério estabelece que a falha ocorra quando a energia de distorção atinge o mesmo
valor da energia que provoca o escoamento na deformação uniaxial. Os softwares que
realizam cálculos estáticos utilizam o critério de tensão máxima de Von Mises, que tem como
objetivo encontrar a tensão máxima que uma estrutura à receber esforços mecânicos. (CATIA
V5). Em resumo, a tensões de Von Mises, é expresso pela equação 2.5.
( )2 ( )2 ( )2
x y y z z x sVonMises = s -s + s -s + s -s (2.5)
25

26
3 METODOLOGIA
Através de software computacional, é possível transformar todo o conceito e estudo
em projeção real, criando uma estrutura, onde será realizado todo o desenvolvimento e analise
tridimensional.
Foi escolhido o CATIA V5R20 da Dassault Systemes, representado na Figura 3.1, que
é uma ferramenta computacional amplamente utilizada nas indústrias aeroespaciais,
automobilística, construção de barcos, navios, equipamentos industriais, entre outras.
O software tem alto desempenho nas áreas de CAD (Computer Aided Design), CAM
(Computer Aided Manufacturing) e CAE (Computer Aided Engineering), onde pode se
desenvolver e projetar todo ciclo do produto ou ferramenta, desde a sua concepção.
Figura 3.1 – Software CATIA V5R20.
Fonte: CATIA V5R20.
3.1 DESENVOLVIMENTO TRIDIMENSIONAL
Através do ambiente PART DESIGN do CATIA V5R20 visualizado na Figura 3.2,
todo o estudo, conceito e dimensões serão desenvolvidos para a definição do chassi, e assim,
simular as distâncias de todo o conjunto e vigas.
Figura 3.2 – Part Design.
Fonte: CATIA V5R20.

Uma vez que desenvolvido, é necessário analisar estruturalmente o comportamento da
estrutura visando evitar falhas, quebras e deformações permanentes.
27
3.1.1 ESQUELETO
O Esqueleto (ou Skeleton) é o nome que foi dado ao arquivo onde foram elaboradas as
principais referências da estrutura, como comprimento/largura total do veículo, distância de
rodas x estrutura, assento do ciclista x eixo do pedal, entre outras referências. Na Figura 3.3, é
possível visualizar as principais referências criadas para este projeto.
Figura 3.3 – Esqueleto Vista Isométrica (CATIA V5R20).
Fonte: AUTOR, 2013.
Este processo visa dimensionar de forma paramétrica as principais referências,
facilitando principalmente em caso de redimensionamento futuros. Como por exemplo, a
distância entre eixos do veiculo estarem próximas um do outro, impossibilitando o ciclista de
pedalar, entre outros casos.
Na Figura 3.4, foi definido as primeiras dimensões do veículo, como:
- Diâmetro das rodas dianteiras – 508 mm (20”);
- Diâmetro das rodas traseiras – 660.4 mm (26”);
- Altura entre chassi e chão – 460 mm;

- Distância entre rodas – 1550 mm.
- Distância entre pernas ou do assento até eixo do pedal – 720 mm.
Figura 3.4 - Esqueleto Vista Lateral (CATIA V5R20).
Fonte: AUTOR, 2013.
Complementado as definições das referências, na Figura 3.5, foram definidas outras
28
dimensões, como:
- Distância entre condutor e passageiro – 330 mm até o centro (660 mm entre si);
- Distância entre chassi frontal e eixo do pedal – 750 mm;
- Distância entre chassi traseiro e assento – 760 mm;
- Distância entre as rodas traseiras – 560 mm até o centro (1120 mm entre si);

Figura 3.5 – Esqueleto Vista Superior (CATIA V5R20).
Fonte: AUTOR, 2013.
Para cada região da estrutural foi criado um elemento como referência, seja um plano
ou eixo (ou qualquer outra referência ou comando), e cada referência precisa ser publicada,
como visto na Figura 3.6. Posteriormente, são usados através de link na criação do sólido, em
um segundo arquivo PART DESIGN, que é onde será desenvolvido o 3D.
Vale lembrar que, a linha branca tracejada no centro da figura anterior, refere-se a
simetria que existe da estrutura do veículo, dispensando a repetição das referências.
Figura 3.6 - Publicação (CATIA V5R20).
Fonte: AUTOR, 2013.
29

30
3.1.2 CRIAÇÃO DA ESTRUTURA
Novamente no ambiente do PART DESIGN, onde será desenvolvido o 3D e o
conceito das referências se transformará em um sólido.
Para manter a organização, e principalmente, facilitar em caso de redimensionamentos
futuros, foi criado os parâmetros. Parâmetros são janelas adicionadas na árvore de criação do
sólido onde são inseridos as dimensões da seção transversal do perfil a ser aplicado, sendo
aplicado no comando ou desenho, como visto na Figura 3.7.
Figura 3.7 – Criação do sólido. Árvore de parâmetros (à esquerda) e Aplicação de parâmetro
no perfil (à direita).
Fonte: AUTOR, 2013.
Para cada perfil a ser escolhido, deve-se criar na árvore um parâmetro utilizando na
criação do desenho com as dimensões deste perfil, como por exemplo, L1, H1 e E1,
dimensões como Largura, Altura e Espessura, respectivamente para esta viga.
Na criação da primeira estrutura, denominada aqui neste trabalho de Chassi_1, foi
escolhido e implementado o perfil quadrado laminados simples, com as dimensões 20mm
(Altura) x 20mm (largura) x 2mm (espessura), por ser um perfil vazado, sendo assim, uma
viga leve, e muito utilizado comercialmente.
Este tubo perfil quadrado foi implementado em toda a estrutura, ilustrado na Figura
3.8, definindo-se assim o Chassi_1.

Figura 3.8 - Estrutura Chassi_1.
Fonte: AUTOR, 2013.
Além da estrutura primária, alguns componentes são indispensáveis neste tipo de
veículo, como as rodas, condutor e passageiro (adulto 1,75m), assentos, volante, entre outras
peças em tamanhos reais visualizados na Figura 3.9, permitindo maior realidade de
desenvolvimento e visão do projeto.
Figura 3.9 – Montagem.
Fonte: AUTOR, 2013.
31

3.1.3 DEFINIÇÃO DIMENSIONAL DA ESTRUTURA
Após a realização de estudos e criação do modelo (3D), identificando os espaços
necessários para os componentes, assim como também posição do passageiro, foi pré-dimensionado
a estrutura primária representado na Figura 3.10 e 3.11, que servirá como
32
padrão para futuras simulações deste estudo.
Figura 3.10 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Lateral.
Fonte: AUTOR, 2013.
Figura 3.11 – Dimensionamento da estrutura primária – Vista Superior.
Fonte: AUTOR, 2013.
As dimensões aqui definidas não seguem especificadamente uma norma de quadriciclo
a pedal por não existir, ou por não ter sido encontrado durante a realização deste projeto.
Porém, as dimensões aqui utilizadas foram mensuradas utilizando sempre que possíveis
dimensões dos componentes de bicicleta, devido similaridade de mecanismos, usadas tão
somente para os conceitos para o estudo pelo método dos elementos finitos.

Durante o desenvolvimento, foi necessário o redimensionamento de alguns planos de
referências que não será abordado especificamente, mas que foram corrigidas. Por exemplo, o
pedal que se encostava à roda dianteira, entre outros casos. Lembrando que, as dimensões de
todo o quadriciclo citadas na figura anterior, já estão com as respectivas correções realizadas
durante o projeto.
33
3.1.4 ESCOLHA DO MATERIAL
Com a definição do perfil na estrutura, foi escolhido e aplicado o material em Aço-
Carbono SAE 1020 - A36, como exemplifica na Figura 3.12. O aço-A36 é um material que
possui tensão de escoamento relativamente alta (250 MPa), além de barato e também muito
utilizado comercialmente em construção de pequenas estruturas, máquinas e equipamentos.
Figura 3.12 – Biblioteca de Materiais – Aço (Steel).
Fonte: CATIA V5R20
3.2 ANÁLISE ESTRUTURAL
Após a finalização do conceito e modelamento, a estrutura precisará ser analisada com
as aplicações de cargas, visando avaliar a reação da estrutura com o perfil e material
escolhido. A análise estrutural torna se necessária uma vez que, precisa verificar se a estrutura
está frágil, não suportando as cargas aplicadas, como também se houve
superdimensionamento.

Com o pré-dimensionamento definido, será também adicionada a estrutura primária os
respectivos suportes de apoios (componentes soldados) necessários ao veículo, conforme
Figura 3.13. Os componentes aqui usados, seja um tubo redondo ou uma placa, servirão tanto
como fixação da estrutura, como também região de atuação de cargas. Foi desconsiderado
impacto de soldagem, considerando assim, uma estrutura única (apenas para o estudo e
análise das tensões principais do chassi criado).
Figura 3.13 – Estrutura Chassi_1 pré-dimensionado.
Fonte: AUTOR, 2013.
No processo a seguir, será realizado um passo a passo das aplicações de cargas,
simulando os principais esforços que possa ocorrer no veículo, como por exemplo, os
condutores pedalando.
3.2.1 METODOLOGIA DOS ELEMENTOS FINITOS
Outro ambiente do CATIA V5R20 a ser utilizado é o GENERATE PART ANALYSIS
34
STRUTURE, ilustrado na Figura 3.14.

Figura 3.14 - Generate Part Analysis Structure.
Fonte: CATIA V5R20.
35
3.2.2 DEFINIÇÃO DE RESTRIÇÕES
É preciso analisar e interpretar os movimentos que ocorrerão na estrutura, assim como os
suportes e regiões que sustentarão o chassi após a aplicação dos esforços.
Como ilustrado na Figura 3.15, existem três eixos de translação e os três eixos de
rotações em X, Y e Z, além também da restrição de fixação, onde é preciso fixar a estrutura ou
uma região para analisar um ponto em especifico.
Figura 3.15 – Restrições de movimento. Fixação (à esquerda) e Translação e Rotação (à
direita).
Fonte: CATIA V5R20
Neste estudo, foram usados todos os movimentos de graus de liberdade, devido à
complexibilidade de movimentos do veículo.
3.2.3 ESCOLHA DA MALHA
A escolha da malha a ser aplicada deve se levar em consideração as dimensões do perfil
aplicadas à estrutura. Nesta etapa serão criados os elementos, como se fosse subdivido em
pequenos pedaços imaginários, sendo que cada pedaço possuirá tensão em seus respectivos nós
após aplicações de cargas.
Neste estudo, o melhor dimensionamento encontrado foi de 10 mm como visto na Figura
3.16, pois corresponde a metade da menor dimensão do perfil escolhida, obtendo resultados
satisfatórios. Dimensões menores que esta, tornaria a simulação demorada devido ao excesso de

cálculos que o software fosse realizar e dimensões maiores perderia a precisão das tensões
encontradas.
Figura 3.16 - Malha Tetraedro Parabólico.
Fonte: CATIA V5R20.
FS = (3.1)
36
3.2.4 DEFINIÇÃO DE CARGAS
Neste estudo, a principal carga que possa vir a deformar este simples chassi, é através
dos próprios pesos de seus respectivos ocupantes que atuam sobre a estrutura. Sendo assim,
de acordo com a norma NBR 5665 – Cálculo Do Trafego Nos Elevadores, o peso médio de
adulto a ser considerado nos cálculos, é de 70 kg.
Devido o quadriciclo ser um veículo artesanal e não possuir manual de engenharia,
neste caso, foi escolhido e aplicado um fator de segurança de 1.5, por ser uma estrutura
metálica, de material com propriedades mecânicas estabelecidas por norma, que atenderia a
proposta do projeto.
Portando, na equação 3.1, foi definida a massa padrão para encontrar a primeira carga
a ser utilizada nas simulações.
m
1
1 m
0
m
70
1.5 = 1
kg
m1 = 105 kg

Aplicando a massa considerada e a força da gravidade próximo ao nível do mar, na
equação 3.2, foi definida a carga F1 que serão aplicadas no apoio de mão do quadriciclo,
realizada a seguir nas simulações.
F1 = m1 . g (3.2)
FS = (3.3)
37
F1 = 105 kg x 9.81 m/s²
F1 = 1030.05 N
Apesar deste estudo ter como foco para análise estática, alguns fatores serão aqui
considerados com o objetivo de melhorar a robustez da estrutura, pois, durante o trajeto do
veículo, que normalmente não é em terreno perfeitamente plano.
Entre outros fatores aqui não estudados, como vibrações e ondulações de trajeto, a
intensidade da força do condutor aumenta sobre a estrutura. Sendo assim, considerando
apenas para efeitos de cálculos, visando maior robustez do estudo, foi definido na equação
3.3, um fator de segurança 2, afim de suprir eventuais falhas após o veículo estar em
movimento.
2
m
2 m
0
m
70
2 = 2
kg
m2 = 140 kg
Aplicando a massa “m2” e a força da gravidade, na equação 3.3, foi definida a carga F2
que serão aplicadas, principalmente nos assentos do condutor e passageiro.
F2 = m2 . g (3.4)
F2 = 140 kg x 9.81 m/s²
F2 = 1373.40 N
Por fim, outra carga que será utilizada tem como finalidade de simular o condutor em
atividade, pedalando produzindo uma carga Fp de 1200 N em cada eixo do pedal, conforme
citado na norma NBR 14714 - veículo de duas rodas - bicicleta.

3.2.5 APLICAÇÕES DE CARGAS E SIMULAÇÃO POR COMPRESSÃO
Para as simulações a seguir, além de cargas foi também imposto restrições de fixação,
translação e rotação, visando obter pontos específicos de falha.
Considerando as cargas definidas e as restrições aplicadas, foram realizadas as
simulações pelo método de elementos finitos, onde serão aplicadas as principais cargas e
algumas situações que possa surgir no veículo em repouso ou em movimento.
38
3.2.6 SIMULAÇÃO 1
Na primeira simulação, visto na Figura 3.17, foi aplicada duas cargas de 1373.40 N,
sendo uma em cada ponto referente aos assentos do condutor e passageiro. Além dessas
cargas, foram também considerados os condutores em atividade pedalando, foram então
aplicadas duas cargas de 1200 N (uma em cada eixo do pedal).
Assentos dos
condutores
Eixo do
Pedal
Figura 3.17- Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 1).
Fonte: AUTOR, 2013.
3.2.7 SIMULAÇÃO 2
Nesta segunda simulação, visto na Figura 3.18, foi aplicada uma carga de 1373.40 N
em cada uma das rodas dianteiras, visando simulações extremas de impactos com o veículo

em movimentos em estradas não planas, o que poderia causar quebra do braço de sustentação
39
da roda dianteira.
Figura 3.18 - Análise de tensão (por Von Mises) do Chassi 1 (Simulação 2).
Fonte: AUTOR, 2013.
3.2.8 SIMULAÇÃO 3
Similar à situação anterior, também foi aplicado uma carga de 1373.40 N nas duas
rodas dianteiras, conforme Figura 3.19, agora no sentido do eixo X, visando pequenos
impactos frontais, para também evitar a quebra da barra que sustenta as rodas dianteiras.

Fonte: AUTOR, 2013.
40
3.2.9 SIMULAÇÃO 4
Na Figura 3.20, representa a simulação dos condutores pedalando, praticando os
esforços de 1200 N em cada eixos dos pedais, mas desta vez sem estar sentado, ou seja,
somente se segurando no apoio de mão, sendo 1030 N em cada apoio, concentrando todo peso
no centro da estrutura.
Fonte: AUTOR, 2013.
Apoio
de Mão

41
3.2.10 SIMULAÇÃO 5
Quando o veículo faz uma freada brusca, onde ocorrerá a desaceleração dos corpos
dos ciclistas, referente à Figura 3.21, nesta simulação foi então aplicada uma carga de 1030 N
(em ambos os apoios de mãos), mantendo o próprio peso do condutor de 1373.40 N nas
regiões dos assentos.
Fonte: AUTOR, 2013.
3.2.11 SIMULAÇÃO 6
Considerando o veículo numa curva, onde ocorrerá uma força peso tangencial à curva,
nesta análise, visto na Figura 3.22, foi aplicada uma carga de 1030 N (sendo uma em cada
apoio de mão), além do próprio peso do condutor de 1373.40 N.

Fonte: AUTOR, 2013.
42
3.2.12 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES
No primeiro chassi desenvolvido, cinco das seis simulações realizadas ocorrem
tensões maiores que 250 MPa suportados elasticamente pelo material, conforme Tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Tensões Máximas nas simulações de Chassi_1.
Chassi_1
(20 mm x 20 mm x 2mm )
Tensões Máximas
(MPa)
Simulação_1 414
Simulação_2 341
Simulação_3 305
Simulação_4 412
Simulação_5 171
Simulação_6 346
Fonte: AUTOR, 2013.

43
3.2.13 MELHORIA DE PERFIL
Visando a melhoria e robustez do chassi anterior, toda a estrutura foi reforçada
desenvolvida em um novo perfil, como visto na Figura 3.23, agora o Chassi_2 usando em
todas as vigas o dimensionamento de 30mm x 20mm (mantendo espessura de 2mm).
Figura 3.23 – Estrutura Chassi_2.
Fonte: AUTOR.
Portanto, foram realizados os mesmos passo a passos das simulações do capítulo
anterior, obtendo novos resultados computados na Tabela 3.2, sendo possível analisar os
resultados comparativos com os que foram realizados no chassi anterior (lembrando que
foram realizadas as mesmas simulações de aplicações de cargas).

Tabela 3.2 – Tensões máximas comparativas de Chassi_1 e Chassi_2.
Chassi_1 (MPa)
20 mm x 20 mm x 2 mm
44
Chassi_2 (MPa)
30 mm x 20 mm x 2 mm
Simulação_1 414 274
Fonte: AUTOR, 2013.
Nesta segunda série de simulações realizadas no Chassi_2, agora com tubos de 30mm
x 20mm, os resultados apresentaram melhorias que a do perfil anterior. Dos seis simulações
de cargas realizados, em quatro delas houve deformação permanente, que ainda precisarão ser
reforçados e melhorados.
3.2.14 ANALISE CRÍTICA E MELHORIA
Com o objetivo de eliminar as quebras, foi analisado as tensões em cada tipo de
simulação realizada, identificando as regiões críticas que precisam ser melhorados. Sendo
assim, foi criado o Chassi_3, visando suportar novamente as simulações anteriores, afim de
evitar deformação plástica.
Na simulação_2 visto na Tabela 3.3, foi adicionado um tubo perfil 20mm x 20mm x
2mm na proposta de não causar falha no suporte da roda dianteira.

Tabela 3.3 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria)
Simulações Chassi_2 Chassi_3
45
Simulação_2
(Roda dianteira)
Fonte: AUTOR, 2013.
Já nos Ensaio_1 e Ensaio_4 visualizados na Tabela 3.4, a proposta foi usar tubos
maiores, com 30mm x 30mm x 2mm, pois nesta região central do chassi, foi analisado e
considerado a região que ocorrem as maiores tensões.
Tabela 3.4 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria).
Simulação _1
(Roda traseira)
Simulação_4
(Base do apoio
de mão e
volante)
Fonte: AUTOR, 2013.

Por fim, no Ensaio_6 visto na Tabela 3.5, não foi necessário aumentar as dimensões
do tubo retangular de 30mm x 20mm. Por ser um perfil retangular, obtêm se maior resistência
quando a força atua no mesmo sentido de sua maior dimensão, sendo apenas rotacionado à
90º que antes estava.
Tabela 3.5 – Análise crítica Chassi_2 x Chassi_3 (proposta de melhoria).
46
Simulação_6
(Base de apoio de
mão e volante)
Fonte: AUTOR, 2013.
Complementando as tabelas anteriores, na Figura 3.24 é possível identificar facilmente
as regiões melhoradas para cada ensaio realizado.
Figura 3.24 – Identificação das análises críticas e melhoria para o Chassi_3.
Fonte: AUTOR, 2013.

47
4 RESULTADOS
4.1 ANÁLISE DE TENSÃO COMPARTIVAS DOS CHASSIS
As tensões máximas obtidas nas simulações do Chassi_3, em nenhum dos casos houve
deformação permanente na estrutura, ou seja, na Tabela 4.1 observa-se que todas as tensões
máximas foram menores que a tensão de escoamento do material, que resiste até 250 MPA.
Tabela 4.1 – Análise de Tensão Máxima comparativa (revisão final)
Chassi_1
(MPa)
Chassi_2
(MPa)
Chassi_3
(MPa)
3 tipos de tubos:
- 20 mm x 20 mm
- 30 mm x 20 mm
- 30 mm x 30 mm
Simulação_1 414 274 234
Simulação_2 341 262 109
Simulação_3 305 197 140
Simulação_4 412 262 237
Simulação_5 171 113 99
Simulação_6 346 251 236
Fonte: AUTOR, 2013.
4.2 DIMENSIONAMENTO FINAL DA ESTRUTURA
Com as devidas alterações realizadas e após simulações sem falhas ou deformação
plástica da estrutura, na Tabela 4.2, obtêm-se as dimensões necessárias dos 11 tubos
necessários para manufatura, fabricação e montagem do chassi do quadriciclo, além de
suportes e componentes aqui não especificado e/ou citados durante o projeto.

Tabela 4.2 – Dimensões definidas para Chassi_3.
Chassi_3
48
Perfil Tubo
Quantidade
Tubos
Comprimento
(mm)
Perfil_1) 20mm x 20mm x 2mm
1 1260
2 1187,9
2 195,3
Total 4026,4
1 1078
2 108,8
1 570,1
1 1260
Total 3125,7
2 2229,8
2 531,6
2 710
1 1260
Total 8202,8
Fonte: Autor, 2013.
Complementando a tabela anterior, através da Figura 4.1, é possível identificar cada
perfil utilizado e definido no Chassi_3, lembrando que a estrutura é simétrica.

Figura 4.1 – Perfil de tubos definidos em Chassi_3.
Fonte: Autor, 2013.
Pesando aproximadamente apenas 24 kg de massa conforme Tabela 4.3, a estrutura
manteve se leve e também rígida. Além da estrutura, estima-se que os respectivos
componentes e suportes o peso pode ser próximo dos 40 kg, dependendo das peças
futuramente serem implementadas.
Tabela 4.3 – Massa das estruturas desenvolvidas.
Chassi_1 Chassi_2 Chassi_3
Massa 17.063 kg 21.719 kg 23.219 kg
Fonte: AUTOR, 2013.
49

50
5 CONCLUSÃO
Com o material e simulações estabelecidas, a estrutura com o perfil inicial proposto foi
incapaz de suportar as cargas aplicadas, ocasionando quebras devido à baixa resistência do
perfil selecionado.
Foi necessária a análise pelo método dos elementos finitos, observando as tensões
máximas identificadas nas análises crítica das regiões a serem melhoradas.
Com a aplicação de reforços e perfil maiores e repetindo as mesmas simulações de
cargas, a estrutura foi então capaz de suportar os esforços sem que houvesse deformação
plástica.
As flexões pós-cargas não ultrapassaram a tensão de escoamento suportado pelo
material, validando uma estrutura sem quebras, evitando o excesso de ensaios físicos e
protótipos.
Sendo assim, com a estrutura finalizada o próximo passo seria o estudo de todo o
conjunto com os respectivos componentes montados, como visto na Figura 5.1, além de
outras análises a serem feitas futuramente, como amortecimento, vibratórias, carga máxima
no bagageiro (porta-malas), entre outras.
Figura 5.1 – Montagem simulada de componentes.
Fonte: Autor, 2013.

REFERÊNCIAS
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rodas - Bicicleta - Conjunto quadro e garfo - Requisitos de segurança.
___________ NBR 14732: Veículo de duas rodas - bicicleta - aro de bicicleta.
___________ NBR 5665: Calculo Do Trafego Nos Elevadores.
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EUROPEAN STANDARD. EN 14766 - Mountain-bicycles: Safety requirements and test
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53

54
GLOSSÁRIO
Área - conjunto de conteúdos (grupos temáticos comuns) que compõem os diferentes campos
do saber.
Análise Estrutural - uma área que estuda o comportamento das estruturas submetidas a cargas
externas, podendo ter como conseqüência deformações e tensões superficiais.
Ductilidade – é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta
até o momento de sua fratura.
Elongação - é a distância do ponto de equilíbrio.
Flexão - Corresponde a uma deformação que apresenta um elemento estrutural alongado em
uma direção perpendicular a seu eixo longitudinal.
Tenacidade - é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à
ruptura.
Triaxial – refere-se aquilo que possui três eixos.
Uniaxial – é aquilo que só tem um eixo.

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