Análisis por Elementos Finitos de un Chasis tipo Space Frame bajo Normativa Fórmula SAE, utilizando Software CAD para el Diseño y CAE para la Simulación Estructural

Abstract

El presente proyecto de titulación se desarrolla y valida el diseño de un chasis Space Frame destinado a un monoplaza Fórmula SAE, partiendo desde la idea inicial de una estructura lo suficientemente eficiente hasta la comprobación final mediante simulaciones. Se modeló la estructura en CAD y se sometió a análisis por elementos finitos para evaluar tensiones, desplazamientos y torsión bajo cargas estáticas. Todo el proyecto se ajusta a la normativa Formula SAE tomando como prioridad la seguridad del piloto y las dimensiones obligatorias para la respectiva competencia. La estrategia del diseño se centró en los objetivos primordiales de minimizar la masa final y mantener la rigidez global de la estructura. Luego de realizar cambios de espesores, diámetros y materiales sin modificar la geometría se logró una reducción significativa de peso sin tener que sacrificar el margen de seguridad de la estructura. El diseño tubular y las aleaciones de material fueron elegidos acorde a la disponibilidad en el mercado ecuatoriano, lo que facilita fabricar la estructura sin recurrir a importaciones costosas que se asemejen a los materiales cuyas propiedades mecánicas dispone la normativa. The present degree project develops and validates the design of a Space Frame chassis intended for a Formula SAE single-seater, starting from the initial concept of a sufficiently efficient structure to the final verification through simulations. The structure was modeled in CAD software and subjected to finite element analysis (FEA) to evaluate stress, displacements, and torsional behavior under static loads. The entire project complies with Formula SAE regulations, prioritizing driver safety and the mandatory dimensional requirements established for the competition. The design strategy focused on the primary objectives of minimizing the final weight while maintaining the overall stiffness of the structure. After adjusting wall thicknesses, tube diameters, and materials without altering the geometry, a significant weight reduction was achieved without compromising the structural safety margin. The tubular design and material alloys were selected according to availability within the Ecuadorian market, facilitating the fabrication of the structure without resorting to costly imports of materials with mechanical properties similar to those specified in the regulations.