As vantagens da utilização do aço inox em estruturas de ônibus. Um estudo do fornecedor Outokumpu com a Universidade de Munique

Abaixo, uma contribuição de Stefan Schuberth, Gerente de Vendas Automotive Business Line, Advanced Materials, Outokumpu, Krefeld, Alemanha; Prof. Dr.-Ing. Klemens Rother, Universidade de Ciências Aplicadas, Munique, Alemanha; Dr. Werner Pohl, FCMS GmbH, Munique, Alemanha. O fabricante de aço inoxidável Outokumpu realizou um projeto inédito com o especialista em soluções CAD/CAE FCMS, a Universidade de Munique de […]

O fabricante de aço inoxidável Outokumpu realizou um projeto inédito com o especialista em soluções CAD/CAE FCMS, a Universidade de Ciências Aplicadas de Munique e a RotherCONSULT para investigar avantagens da utilização de aço inox em estruturas de ônibus.

Os resultados mostram que a utilização de aço inoxidável de alta resistência em substituição a elementos tubulares de chassis de ônibus normalmente fabricados em aço carbono podereduzir o peso em até 35% – acima de 1.000 kg– mantendo-se competitivo em termos de custos.

Tradicionalmente, cerca de90% dos ônibus são feitos de aço carbono . No entanto, o aço inoxidável oferece uma série de vantagens tanto para os fabricantes quanto para as operadoras de ônibus. Em particular, sua resistência à corrosão oferece sustentabilidade, bem como uma redução no tempo e custo de manutenção. Além disso, estão disponíveis comercialmente tipos de aço inoxidável de alta resistência que oferecem uma enorme economia de peso. Isso é ilustrado no desenvolvimento virtual realizado pela equipe do projeto.

Os materiais candidatos adequados para uma estrutura tubular de ônibus são exibidos na Figura 1. Geralmente, aço carbono de baixo custo, mas não resistente à corrosão, é usado. Normalmente, o grau é S355, bem como o S460 de maior resistência, com ambos os nomes referindo-se ao seu limite de escoamento mínimo. Os próximos materiais da lista são os aços inoxidáveis de baixa resistência. Finalmente, há a gama de aços inoxidáveis de alta resistência, incluindo o lean duplex Forta LDX 2101, que possui alta resistência à corrosão. Há também Forta H800 desenvolvido para suas capacidades de alta resistência, razão pela qual sua resistência à corrosão parece baixa para um aço inoxidável.

O projeto se concentrou em avaliar os benefícios de peso e custo do Forta H800 em relação ao aço carbono S460, que oferece a comparação mais desafiadora para estruturas de ônibus existentes. O recém-desenvolvido grau S700 também pode ser considerado que oferece um limite de elasticidade comparável ao Forta H800, mas com potencial de alongamento e absorção de choque/resistência ao impacto muito menor.

Forta H800 é um aço inoxidável totalmente austenítico desenvolvido para componentes estruturais de veículos críticos para a segurança. Ele abre novas oportunidades em engenharia e design leves, combinando resistência ultra-alta e absorção de energia muito alta em caso de impacto. Ele também tem a vantagem de ser isento de níquel, removendo a volatilidade de preços associada a graus que dependem do níquel como elemento de liga.

Uma característica chave do Forta H800 é seu mecanismo de reforço TWIP (Twinning Inposed Plasticity) que faz com que a estrutura do material endureça continuamente quando submetida a um impacto de colisão.

Com Forta H800 identificado como um material alternativo adequado, FCMS, Universidade de Ciências Aplicadas de Munique, RotherCONSULT e Outokumpu colaboraram para determinarcomo poderia ser melhor usado em estruturas de ônibus . Os objetivos principais eram examinar como o uso do aço inoxidável poderia:

O FCMS executou a modelagem paramétrica. A universidade realizou testes de fadiga em juntas tubulares soldadas dos dois materiais e a RotherCONSULT desenvolveu e compilou os requisitos do sistema, estratégias de análise simplificadas e procedimentos para qualificação estrutural. A Outokumpu forneceu os materiais, conhecimentos e dados relacionados.

Para simular o desempenho da estrutura do ônibus foi utilizada uma combinação de ferramentas, incluindo modelagem de geometria paramétrica, bem como métodos de análise rápidos, automáticos e robustos. AI (inteligência artificial) foi usada para gerar automaticamente alternativas de design e seus modelos de simulação associados. Não teria sido possível realizar esse trabalho manualmente, pois exigia a avaliação e a iteração de milhares de designs.