Análisis estructural de un alerón delantero de Fórmula 1

Abstract

Resumen Esta investigación tiene la finalidad de analizar la estructura del alerón delantero de Fórmula 1, comprobar su comportamiento ante cargas y se abordan los pasos esenciales para obtener los resultados de simulaciones estructurales. La geometría del alerón está diseñada en 3DExperience, basada en las geometrías que existen en la realidad. Se parte de la hipótesis que la geometría cumple con requisitos fundamentales de la Federación Internacional del Automovilismo (FIA) y se realiza un estudio para que cumpla con los requisitos estructurales. Se proponen dos materiales, fibra de carbono y aluminio. Se hace un primer análisis para comprobar la diferencia entre un material isótropo y anisotrópico, para llegar a la conclusión que es viable la simplificación cuasi-isotrópica de la fibra de carbono. Se realiza análisis mecánico que consta de 4 casos de estudio (2 de ellos basados en la regulación de la FIA), se ha realizado un análisis de las fuerzas aerodinámicas que soporta el alerón durante su circulación y también se ha tenido en cuenta el escenario de un impacto frontal. En cada uno de los casos se especifican las condiciones necesarias para llevar a cabo las simulaciones y se realiza un análisis exhaustivo de los resultados. El alerón estudiado cumpliría la mayoría de los requisitos considerados, no obstante, se ha determinado que habría que aplicar unas mejoras en la geometría, sería adecuado poder realizar un análisis aerodinámico para determinar la eficiencia del alerón y ver si sería competitivo en una prueba de Fórmula 1.

Summary This research aims to analyse the structure of the Formula 1 front wing, test its behaviour under load and discuss the essential steps to obtain the results of structural simulations. The geometry of the wing is designed in 3DExperience, based on geometries that exist. It is assumed that the geometry complies with the fundamental requirements of the International Automobile Federation (FIA) and a study is carried out to ensure that it meets the structural requirements. Two materials are proposed, carbon fibre and aluminium. A first analysis is made to check the difference between an isotropic and anisotropic material, to reach the conclusion that the quasi-isotropic simplification of carbon fibre is viable. A mechanical analysis consisting of 4 case studies (2 of them based on FIA regulations), an analysis of the aerodynamic forces supported by the wing during its movement and the scenario of a frontal impact has also been considered. In each of the cases, the conditions necessary to carry out the simulations are specified, and an exhaustive analysis of the results is carried out. The wing studied would meet most of the requirements considered, however, it has been determined that some geometry improvements would need to be made, it would be appropriate to be able to perform an aerodynamic analysis to determine the efficiency of the wing and see if it would be competitive in a Formula 1 test.