Resultados e discussões

Concluídas as simulações numéricas segundo as condições anteriormente nomeadas, procede- se à análise e discussão dos resultados obtidos referentes à flexão e tensões instaladas nas estruturas analisadas.

Quadro:

Flexão

Os valores de deslocamento dos nós obtidos apresentam um deslocamento máximo na zona de encaixe do selim e, por consequência, do próprio tubo até à zona de encaixe dos rolamentos e elementos da pedaleira, porém os valores obtidos são sensivelmente mais baixos. Este resultado é coerente considerando as condições fronteira definidas anteriormente. Na Ilustração 93, é possível observar-se as zonas com valores máximos de deslocação, assim como os valores das deslocações. Neste caso o valor da flecha máxima atingida é de 1,71 mm, este valor é aceitável para o quadro da plataforma em questão não colocando em causa a sua integridade estrutural.

Ilustração 93 - Deslocamento dos nós para o quadro

Tensões de Von Mises

Para além da análise de deslocamentos são também analisadas as tensões de Von Mises resultantes na estrutura. Analisando a Ilustração 94, é percetível no gradiente de tensões que estas atingem valores máximos perto dos 94.9 MPa. Estes valores não se distanciam muito do valor de tensão máxima de fadiga do material, que é de 96.5 MPa. De notar que a maior parte da estrutura suporta de forma eficiente a carga aplicada, sendo que a zona azul e zona verde correspondem a intervalos de tensões entre 19 e 56.9 MPa, distantes do valor máximo de tensão limite da fadiga.

Desenvolvimento de uma plataforma de mobilidade urbana sustentável 113

Ilustração 94 - Simulação numérica do quadro

Por outro lado, existe concentração de tensões na zona da junta dobrável, na zona de encaixe do eixo traseiro, zona de encaixe dos elementos da pedaleira e parte superior da parte frontal do quadro. Inicialmente foram definidas as condições de fronteira de encastramento na zona de ligação do guiador e garfo e por fim na zona de encaixe do quadro no eixo traseiro foram restringidos os movimentos de translação. Foram também definidos elementos finitos de dimensão média de 6 mm. Uma das razões para as zonas de concentração de tensões está relacionada com a restrição de deslocação nas zonas onde foram aplicadas as condições de fronteira, este fator leva a que haja valores mais elevados de momentos. Outro fator está relacionado com a modelação do quadro, os pontos críticos, nomeadamente na zona de encaixe dos elementos da pedaleira e na junta dobrável, relacionam-se também com mudanças bruscas da geometria, tornando-se necessário um aumento de raios de concordância entre as geometrias, juntamento com um possível refinamento da malha de elementos finitos.

114

Ilustração 96 - Concentração de tensões na zona superior da parte frontal do quadro

Ilustração 97 - Concentração de tensões na zona de encaixe dos elementos da pedaleira

Observando em pormenor as imagens acima é percetível que as concentrações de tensões na zona de encaixe do eixo traseiro, bem como na estrutura geral, não ultrapassam os 75.9 MPa, que se encontram abaixo da tensão máxima de fadiga. No entanto na Ilustração 97 mostra um pico de tensão na convergência dos elementos integrantes do quadro da plataforma, novamente associados ao baixo refinamento da malha bem como aos ângulos vivos da estrutura.

Braço elíptico:

Flexão

Para o caso de análise do braço elíptico, os valores de deslocamento dos nós obtidos revelam que o deslocamento máximo ocorre na zona central da geometria. O resultado apresentado é percetível, atendendo às condições de fronteira definidas. Na Ilustração 98 é possível observar-se a localização dos valores máximos de deslocação, assim como o valor máximo atingido, neste caso 0,564 mm. O valor de flecha é admissível não comprometendo a integridade estrutural. De notar que para a análise estrutural do braço foi considerada uma ligação rígida entre os elementos. Este fator influencia os resultados obtidos, não representando uma solução real quando comparado com o modelo verdadeiro.

Desenvolvimento de uma plataforma de mobilidade urbana sustentável 115

Ilustração 98 - Deslocamento dos nós do braço elíptico

Tensões de Von Mises

Foram também analisadas as tensões de Von Mises resultantes na geometria do braço elíptico. Quando analisada a Ilustração 99 é possível observar-se valores máximos atingidos no gradiente de tensões que estas assumem valores perto dos 306 MPa. Estes valores encontram-se abaixo do valor de tensão limite de fadiga do material, que é de 469 MPa. À semelhança do quadro da estrutura, a maior parte do braço elíptico aguenta de forma eficiente a carga aplicada. Toda a zona verde corresponde a intervalos de tensão entre 91.7 e 183 MPa, aproximadamente metade do valor de tensão limite de fadiga.

116

No entanto, existe concentração de tensões na zona de encaixe do veio da pedaleira (ver Ilustração 100). Como foi referido anteriormente, no caso da análise das tensões do quadro, estes resultados advêm das condições de fronteira definidas inicialmente e a modelação da geometria analisada. No entanto, é possível observar-se que as zonas de maior concentração de tensão não excedem o valor da tensão limite de fadiga. De notar ainda que a força aplicada considerada foi a mesma definida para análise do quadro, sendo que no caso do braço elíptico é aplicada uma força em ambos os braços durante o movimento executado. Para além disso, a posição do utilizador (sentado vs. em pé) também influencia a força aplicada no pedal.

Ilustração 100 - Concentração de tensões perspetiva da plataforma, assim como desenho de pormenor nas zonas mais importantes (Direção e eixo pedaleiro).

No anexo II seguem os esquemas de montagem da plataforma. Neste anexo encontra-se um desenho em vista explodida juntamente com os desenhos de montagem dos módulos associados (braços elípticos esquerdo e direito, direção, guiador, roda dianteira e eixo pedaleiro).

Por último no anexo III encontram-se os desenhos de definição dos vários componentes com a cotagem e toleranciamento dos mesmos. Neste anexo seguem os desenhos de definição da junta dobrável, do quadro e dos braços elípticos.