Análisis estructural del chasis tubular de un vehículo eléctrico

Abstract

RESUMEN: Este TFG tiene como objetivo realizar el análisis estructural del chasis de tubular un ‘’Buggy’’ eléctrico. El vehículo, que inicialmente tenía un motor de combustión pertenece a la empresa SEG, quienes realizaron las modificaciones necesarias para convertirlo en eléctrico. En primer lugar, se busca obtener el modelo inicial del chasis real (ingeniería inversa). Para ello se realiza un escaneo 3D del chasis mediante un scanner proporcionado por la empresa especializada MPS. A partir de este escaneo se construye la estructura alámbrica y se crean las superficies para después generar los perfiles tubulares y las chapas. La falta de información hace que sea necesario suponer de manera justificada el tipo de acero y los espesores de algunos elementos que son desconocidos. La siguiente fase del proyecto es la de la identificación de las fuerzas actuantes en el chasis en diferentes escenarios o situaciones límite a las que se puede enfrentar el vehículo. Para ello se crea un modelo simplificado 2D el cual tiene una geometría y distribución de pesos realista. También se ajustan la rigidez y el amortiguamiento de las suspensiones del modelo bidimensional para que el comportamiento sea el adecuado. A partir de este modelo se generan diferentes escenarios en los que se miden las fuerzas soportadas por la estructura. Por otro lado, basándose en una normativa específica de estructuras tubulares de seguridad, se plantean diferentes casos de impacto en la estructura. Esto implica una correcta interpretación y adaptación de la norma al caso de estudio. Los análisis resistentes se realizan mediante el software de elementos finitos Nastran Patran. Tras la generación del mallado y la aplicación de las condiciones de contorno para cada caso, se realizan análisis estáticos obteniendo las tensiones y deformaciones en la estructura. Además, se realizan análisis dinámicos. Uno a fatiga que nos permite evaluar la durabilidad del chasis y otro modal para conocer las frecuencias naturales de la estructura y ver si existe riesgo de resonancia. Finalmente se interpretan los resultados de todos los análisis, se sacan las conclusiones referentes al comportamiento del chasis y se valora si es necesario realizar alguna mejora. En concreto se propone un chasis mejorado y se repiten los análisis pertinentes con el objetivo de evaluar su efectividad.

ABSTRACT: The main goal of this TFG is to carry out the structural analysis of the tubular chassis of an electric “Buggy”. The vehicle, which initially had a combustion engine, belongs to the SEG company, who made the necessary modifications to convert it to electric. First, it is necessary to create the initial model by means of the real chassis (reverse engineering). To do this, a 3D scan of the chassis is done using a scanner provided by the specialized company MPS. From this scan, the wire structure is built and the surfaces are created and then to generate the tubular profiles and the sheets. The lack of information makes it necessary to reasonably assume the type of steel and the thicknesses of some elements. The next phase of the project is the identification of the forces acting on the chassis in different scenarios or limit situations that the vehicle can face. For this, a simplified 2D model is built with a realistic geometry and weight distribution. The stiffness and damping of the suspensions of the 2D model are adjusted to make them work properly. The forces in the structure caused by different scenarios are measured using the 2D model. In addition, other cases of impact are proposed following a specific regulation of tubular safety structures, This implies a correct interpretation and adaptation of the regulations to our case of study. The stress-strain analyzes are carried out using Nastran-Patran finite element software. After generating the mesh and applying the boundary conditions for each case, static analyzes are performed, obtaining the stresses and deformations in the structure. In addition, dynamic analyzes are performed. The first is fatigue and allows us to evaluate the durability of the chassis. The second is the modal one, which let us know the natural frequencies of the structure and see if there is a risk of resonance. Finally, all the different results are interpreted. This allows us to know the behavior of the chassis and see if any structural improvement is necessary. A structural improvement is proposed and the pertinent analyzes are repeated to evaluate its effectiveness.