Por fim, seguem-se as últimas simulações realizadas neste projeto. Desta vez o objeto de estudo será uma peça interior implementada nos Cobus, também realizada em alumínio, designada por remate superior. A seleção desta peça como possível destino para o processo de pultrusão deveu-se a vários fatores:
Ao facto destas peças possuírem uma produção suficientemente grande para compensar, à partida, o investimento elevado que será adquirir uma matriz, que faz com que as empresas de pultrusão exijam volumes mínimos nas encomendas. Trata-se de uma peça interior que se estende pelo comprimento do Cobus, com cerca de 10.7m, sendo dividida em duas partes com 5343mm;
Por serem fornecidas atualmente, em alumínio, sob a forma de duas peças distintas ao longo do perfil, ou seja, usando duas matrizes distintas para sua produção (Figura 3.65). Isto traduz-se numa maior complexidade de montagem e de forma, onde é necessário utilizar elementos de ligação, de forma continua, ao longo do comprimento da peça. Por outro lado, a nível dimensional, não existe qualquer impedimento usando a pultrusão.
Figura 3.65 - Duas peças que compõem o remate superior na solução atual
Figura 3.66 - Remate superior alterado (composto por uma única peça)
Por serem dotadas de várias variações geométricas, pelo que também servirá para testar as possibilidades de forma do processo de pultrusão. Na reunião com a Alto foi referido que as formas utilizadas não seriam impeditivas, quer em tamanho (duas peças juntas), quer em geometria. No entanto, foi referido que matrizes com esta complexidade agravariam o preço, mas nesta fase do relatório não será dado ênfase a este ponto.
A junção das peças separadas resultou na forma representada na Figura 3.66, cujo desenho técnico se encontra em anexo. Após a peça estar definida, foi em seguida necessário estudar as condições de fonteira e as solicitações do material para realizar as simulações.
Por os remates superiores serem peças de grandes dimensões, as solicitações encontram-se sobretudo em possíveis flexões entre os apoios, dado que servem de fixação para alguns aparelhos eletrónicos. Na solução atual, de forma a combater estas deformações utilizam-se ligações aparafusadas, equidistantes umas das outras, e ainda vários suportes espalhados pelo comprimento dos remates, que ligam as partes mais afastadas destas peças interiores às paredes laterais do autocarro (configuração utilizada encontra-se em anexo). Para a solução em pultrusão, decidiu-se que seria melhor utilizar as mesmas ligações aparafusadas, uma vez que a peça se encontra ligada a um compartimento e uma má centragem poderia resultar em defeitos ou mesmo impossibilidade de abertura do mesmo. Em relação aos suportes exteriores, tendo em conta a diminuição do peso da peça pultrudida, irá haver uma tentativa de redução do número de suportes usados, diminuindo assim a complexidade da solução, os custos associados ou ainda o tempo de montagem. Para isso, deverá existir o cuidado de não incluir nenhum suporte na zona das portas, assim como indicado no desenho em anexo. Na primeira simulação efetuada utilizou-se quatro suportes, o que representa um suporte em cada 1030.2mm de peça. Trata-se de uma solução bem mais simplificada, que resulta numa redução de nove suportes para apenas quatro.
Figura 3.67 - Representação das condições de fronteira usadas para simular o remate superior (4 suportes)
Usando esta configuração inicial, sem serem acrescentados quaisquer pesos à estrutura, foram obtidos os seguintes resultados:
Figura 3.69 - Deslocamentos resultantes da simulação ao remate superior pultrudido com 4 suportes
Como se pode comprovar pelos resultados obtidos nesta primeira simulação, os valores são muito reduzidos. Ao nível das tensões foram registados valores máximos de 4.7 MPa na zona dos apoios e deslocamentos de 1.327mm nas extremidades da peça. Assim como aconteceu nas simulações às cavas, foram ainda retirados os valores relativos ao critério de rotura de Hashin:
Figura 3.70 - Propagação do dano na matriz à compressão (HSNMCCRT), resultante da simulação ao remate superior com 4 suportes
Figura 3.71 - Propagação do dano das fibras à tração (HSNFTCRT), resultante da simulação ao remate superior com 4 suportes
Figura 3.73 - Propagação do dano das fibras à compressão (HSNFTCRT), resultante da simulação ao remate superior com 4 suportes
Os valores obtidos segundo o critério de Hashin mostram que o material se encontra longe de uma possível rotura. Tendo em conta as reduzidas deformações que foram obtidas, estes resultados apenas confirmam a relativa facilidade do pultrudido nesta aplicação. Contudo, é necessário considerar o destino desta peça que, por se encontrar ligada a um compartimento no lado interior, torna os deslocamentos resultantes um pouco elevados para a aplicação em causa.
Consequentemente para a segunda simulação, tendo sempre em consideração a abertura necessária para as portas, foi alterada a posição dos suportes para que as extremidades ficassem mais apoiadas. Após as alterações, os suportes exteriores ficaram a 330.2mm das extremidades, ao passo que os intermédios ficaram a 1730.2mm destes (Figura 3.74).
Figura 3.74 - Representação das novas condições de fronteira usadas para simular o remate superior (4 suportes)
Refazendo as condições de fronteira no ABAQUS@, novamente sem qualquer peso acrescentado, tirando o peso próprio da peça, resultou:
Figura 3.76 - Deslocamentos resultantes da simulação ao remate superior pultrudido com 4 suportes (nova configuração)
Diminuindo a escala de cores, torna-se mais percetível os diferentes deslocamentos na peça:
Figura 3.77 - Deslocamentos resultantes (escala mais detalhada) da simulação ao remate superior pultrudido com 4 suportes (nova configuração)
Nesta segunda situação, os resultados obtidos foram mais favoráveis. As tensões continuam baixas e os deslocamentos foram significativamente menores (0.339mm) e, sobretudo, em zonas menos críticas da peça. Apesar de não se encontrarem representados, os valores referentes ao critério de Hashin, comparativamente à primeira simulação, foram ainda mais reduzidos.
Face aos bons resultados, utilizando esta última configuração foi testada a possibilidade de apoiar aparelhos eletrónicos no remate, assim como acontece na solução implementada em alumínio. Após ser criada uma partição na peça de modo a simular a área de contato dos aparelhos com o remate, foi criada uma pressão correspondente a 3Kg em cada uma, assim como mostra a Figura 3.78.
Figura 3.78 - Representação das condições de fronteira usadas para simular o remate superior (4 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um)
Figura 3.79 - Tensões resultantes da simulação ao remate superior pultrudido com 4 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.80 - Deslocamentos resultantes da simulação ao remate superior pultrudido com 4 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.81 - Deslocamentos resultantes (escala mais detalhada) da simulação ao remate superior pultrudido com 4 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Como seria de esperar a zona onde a carga está apoiada passou a ser a mais solicitada, com tensões na ordem dos 7MPa e deslocamentos de 1mm. Observa-se também que com esta configuração, onde os apoios não se encontram perto das zonas mais criticas, os deslocamentos nas extremidades são agravados pelas cargas aplicadas. Os resultados obtidos não transmitem confiança suficiente para implementar esta solução na realidade, sob o risco de possíveis falhas no controlo de qualidade. Além disso, é importante salientar que deve existir alguma margem de segurança, uma vez que este tipo de peças podem estar sujeitos a outras solicitações não consideradas nos testes realizados, como vibrações durante o percurso ou ligeiras torções da carroçaria durante o autocarro em andamento.
Posto isto, uma solução possível passa pelo acrescento de mais dois suportes, diminuindo assim as distâncias entre apoios nas zonas mais críticas da peça. Esta nova distribuição está representada na Figura 3.82, onde a menor distância entre suportes mede 505.5mm e a maior 1011mm.
Figura 3.82 - Representação das condições de fronteira usadas para simular o remate superior (6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um)
Reestruturando as condições de fronteira no ABAQUS@, de forma a acrescentar os novos suportes, resultou:
Figura 3.83 - Tensões resultantes da simulação ao remate superior pultrudido com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.84 - Deslocamentos resultantes da simulação ao remate superior pultrudido com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.85 - Deslocamentos resultantes (escala mais detalhada) da simulação ao remate superior pultrudido com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.86 - Propagação do dano na matriz à compressão (HSNMCCRT), resultante da simulação ao remate superior com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.87 - Propagação do dano na matriz à tração (HSNMTCRT), resultante da simulação ao remate superior com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Com a inclusão de mais suportes foram registadas melhorias face aos últimos resultados obtidos. Os valores máximos de tensão foram mais reduzidos e os deslocamentos não parecem comprometer o bom funcionamento do componente. O valor máximo obtido foi de 1.056mm, mas como as solicitações se situam principalmente nas zonas de apoio das cargas, ou seja, em zonas mais localizadas e centrais que não tendem a influenciar o bom funcionamento do compartimento, existe alguma margem de segurança em relação a ligeiros desníveis entre peças. Na imagem com a escala mais pormenorizada ainda se verificam leves deslocamentos a meio vão na peça (perto de 0.2mm). Mais uma vez, todos os valores referentes ao critério de Hashin foram bastante reduzidos, pelo que não influenciarão a possível implementação dos remates superiores em material pultrudido (só estão representados 2 valores máximos do critério, visto que os outros foram nulos). Apesar de ser uma solução que utiliza mais dois suportes, com a melhoria obtida nos resultados, a sua implementação compensará. Em relação à solução atual em alumínio, existe ainda assim uma redução de três suportes.
Da mesma forma que foi feito com os testes à cava de forma a existir um termo comparativo com a solução em alumínio, sendo este material aceite e implementado atualmente, foram feitas novas simulações ao remate com exatamente as mesmas condições de fronteira, alterando apenas o material. Na tabela que se segue, encontram-se representadas as propriedades do alumínio usado (6060 T6).
Propriedades Alumínio 6060 T6
Densidade (g/cm3) 2.7
Módulo de Young (GPa) 69.5 Tensão de Rotura (MPa) 160 Coeficiente de Poisson 0.33 Coeficiente de expansão
Térmica (10-6/k) 23.4
Dureza (HB) 60
Tabela 3.22 - Propriedades do alumínio usado nas simulações ao remate superior
Submetida a simulação, os resultados deste último teste foram os seguintes:
Figura 3.88 - Tensões resultantes da simulação ao remate superior, em alumínio, com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.89 - Deslocamentos resultantes da simulação ao remate superior, em alumínio, com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
Figura 3.90 - Deslocamentos resultantes (escala mais detalhada) da simulação ao remate superior, em alumínio, com 6 suportes e 2 aparelhos eletrónicos de 3kg cada um
A localização das tensões e dos deslocamentos máximos mostra ser semelhante à obtida com o material pultrudido, mas numa ordem de grandeza mais reduzida. Os valores de tensão atingidos foram
ligeiramente mais elevados, mas podem ser explicados pela maior massa do remate com este material, que leva a uma maior pressão sobre os apoios, zonas em que ocorreu os valores máximos (10.2 MPa). Por outro lado, os deslocamentos máximos apresentaram uma redução de sensivelmente quatro vezes. Na zona mais solicitada, o máximo obtido foi 0.227mm, enquanto que a meio vão os valores rondam os 0.1mm, isto é, aproximadamente metade. Na tabela que se segue, estão apresentados todos os valores obtidos nas simulações do remate superior:
Simulação Tensões (MPa) Deslocamentos (mm)
4 Suportes (Pultrudido) 4.702 1.327
4 Suportes Alterado (Pultrudido) 3.579 0.339
4 Suportes Alterado com cargas de 3kg
aplicadas (Pultrudido) 7.923 1.071
6 Suportes com cargas de 3Kg aplicadas
(Pultrudido) 7.585 1.056
6 Suportes com cargas de 3Kg aplicadas
(Alumínio) 10.213 0.227
Tabela 3.23 – Resumo dos valores máximos obtidos nas simulações ao remate superior pultrudido do Cobus
Analisando os resultados, comprova-se a possibilidade de substituir a peça atual em alumínio por uma pultrudida com apenas 6 suportes. Mesmo com esta redução, os valores obtidos dão as garantias necessárias para um bom funcionamento do remate superior. Ao ser aplicado, tendo em consideração que os testes não foram exaustivos nas condições a que o remate é sujeito, poderá sempre ser usado mais suportes de modo a funcionar do lado da segurança. Assim como foi referido no final das simulações às cavas das rodas, a forma adotada para o pultrudido foi idêntica à já implementada para o alumínio, o que não permitiu otimizar as características destes materiais.