VIDEO

Acesse o link abaixo:


http://www.youtube.com/watch?v=1O3WpEaRQ1c&feature=youtu.be

INICIO DA MONTAGEM DA CATAPULTA TREBUCHET

Bom pessoal, definidos os pontos que envolvem a montagem, como e qual tipo de treliças usaremos e qual forma teria nossa Catapulta, onde separamos os palitos mais flexíveis dos mais rígidos. Essa seleção consiste num melhor aproveitamento das propriedades do material, pois palitos mais flexíveis são menos resistentes a compressão e tendem a fletir, podendo romper e desestruturar nosso projeto. Em compensação podem ser usados tranquilamente em áreas onde sejam tracionado, apresentando boas características a esse tipo de ação devido as fibras  da madeira. Já os mais rígidos são mais duros, mais resistentes a compressão, sendo utilizados nas áreas sujeitas a este tipo de força. Com isso, definimos onde iríamos usar cada tipo de palito. Antes de começar a colagem dos palitos fizemos um esboço da catapulta montada no chão para podermos dimensionar a colagem de forma correta. Com todos estes aspectos definidos demos início a colagem dos palitos, assim começamos a montagem, colando inicialmente a parte da estrutura inferior, que nos dará base para montar todo resto com segurança. Assim, uma boa parte da estrutura foi adiantada.

Abaixo temos algumas umagens do processo de construção da catapulta.

 

Montagem da estrutura base

Estrutura base com as torres

Confecção de uma das treliças

As torres prontas para serem fixadas a base

Algumas treliças prontas

Montagem da catapulta

Montagem da catapulta

Montagem da aste da catapulta

Montagem da catapulta

A Catapulta TREBUCHET

ANÁLISE ESTRUTURAL E ENSAIOS MECANICOS

Bom galera! Estamos aqui para mostrar que conseguimos realizar uma análise estrutural de um desenho livre do protótipo da catapulta efetuado no SolidWorks, afim de demonstrar os possíveis pontos críticos de um modelo da catapulta “Trebuchet”, neste modelo usamos elementos sólidos e não as treliças e também desconsideramos o uso da cola. O ponto da colagem como podemos observar nos ensaios mecânicos não é o ponto mais frágil nas treliças. Abaixo podemos observar as imagens realizadas por nós no programa, onde duas delas esta sob análise (Fig. 1 e 2). Sendo as áreas em vermelho os pontos mais vulneráveis neste tipo de treliça, lembrando que isto é apenas para demonstrar os tipos de estudos que estamos levando em conta.

Deformação estrutural de um modelo (Fig. 1)

Na imagem acima foi utilizado o material criado por nós no programa para ser o mais realista possível e foi aplicado uma força de 40N, pois este será o peso aproximado com margem de tolerância de 30%. Com base nos ensaios realizados no laboratório e descobrindo que a madeira utilizada na confecção dos palitos é o pinho. Criamos este material com as especificações necessárias, levando em conta até mesmo o módulo de Young ou módulo de elasticidade que é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. Abaixo podemos observar um estudo onde são aplicadas forças em todas as treliças da estrutura.

Deformação estrutural de um modelo (Fig. 2)

 Realizamos os ensaios que desejávamos para a obtenção de cálculos. Efetuamos a pesagem dos palitos em uma balança de precisão para garantir que a catapulta esteja dentro dos padrões estabelecidos, pretendemos atingir 4000g e com isso não ultrapassarmos limite que é de 5000g, com isto, encontramos uma massa média de 0,78g (Média efetuada com a pesagem de 10 palitos diferentes), o que nos da uma estimativa de palitos a serem utilizados no projeto, que gira por volta de 3000 palitos, não levando em consideração a massa da cola.

Pesagem dos palitos e medidas

Depois que foram especificadas as forças atuantes na estrutura, foi de grande importância descobri o quanto um elemento de treliça poderá suporta ao sofrer esforços de tração e compressão, visto que as componentes estruturais irão sofrem esse tipo de esforços quando aplicada uma força qualquer.

Os ensaios foram realizados no laboratório de ensaios mecânico, localizado no Núcleo de Polímeros, com a parceria do Senai - Cimatec.

Para o feito realizado os seguintes ensaios mecânicos:

 - Ensaio de tração;

 - Flexão.

Vale ressaltar a importância e como os ensaios foram realizado. O devido conhecimento nos permite saber, como o material ira reagir mediante aos esforços e quais os limites que determinado material pode suportar e o seu ponto de ruptura, ou seja, o limite de resistência do material.

O ensaio de tração o corpo de prova será exposto a um alongamento no seu comprimento até a sua ruptura. A carga aplicada é medida pelo equipamento de ensaio, outro fator relevante é o corpo de prova, que foram montados de acordo com a disposição que os palitos teriam na estrutura da catapulta. Então levou-se para o ensaio corpos de prova dispostos da seguinte forma.

è Palitos colados em 50% do seu tamanho

è Palitos colados em 40% do seu tamanho

è Palitos colados em 30% do seu tamanho

Onde ficou claro que o melhor resultado obtido foi há composição de 50% do seu comprimento, Podemos observar no gráfico apresentado abaixo.

Gráfico 1.0 Ensaio de Tração.

Sendo assim obtemos os seguintes resultados.

Ensaios de Tração
	Força Máxima (N)	Deformação de Ruptura (%)
Média	57,99	1,604
Desvio Padrão	12,35	0,5422

O ensaio de flexão o corpo de prova será exposto a uma força ao longo de seu comprimento na posição horizontal, de forma que a força exercida será perpendicular ao corpo de prova, sendo aplicada até a sua ruptura. Neste caso especifico os resultados obtidos foram essenciais para a formação dos eixos da catapulta.

O corpo de prova para o determinado ensaio foi composto da mesma composição apresentada para o ensaio de tração com 30, 40 e 50% de aproveitamento seu comprimento.  Para a formação do eixo utilizou-se 5 peças compondo um único elemento do eixo. De acordo com o gráficos apresentados.

Gráfico 1.1 Ensaio de Flexão para os elementos de treliça.

Ensaios de Tração
	Força Máxima (N)	Deformação de Ruptura (%)
Média	23,29	1,725
Desvio Padrão	7,647	0,4645

Gráfico 1.2 Ensaio de Flexão para os elementos do eixo.

Onde seu resultado pode ser esboçado na tabela a seguir.

Ensaios de Flexão
	Força Máxima (N)	Deformação de Ruptura (%)
Média	380,6	23,79
Desvio Padrão	-	-
Obs:. Como utilizamos apenas um único corpo de prova para o ensaio de flexão, não obtemos o desvio padrão para o ensaio.

Em ambos os ensaios o equipamento utilizado foi a E-MIC de 20kN.

REGULAMENTO PARA O PROJETO INTERDISCIPLINAR: CATAPULTA TREBUCHET

REGULAMENTO

Este projeto interdisciplinar tem como objetivo incentivar os estudantes de Engenharia Mecânica a estimular a criatividade, buscar novos conhecimentos e aplicação prática dos conceitos teóricos abordados em sala para construção de um protótipo de uma catapulta “trebuchet”, tornando o curso de Engenharia Mecânica mais desafiador.

APRESENTAÇÃO DOS TRABALHOS

O protótipo da catapulta deverá ser executado com palitos de picolé de madeira, unidos exclusivamente com cola branca.

Considerações para execução: 

•  Altura = 600 mm.

•  O suporte do contrapeso deverá, em toda a sua extensão, ser feito de palitos justapostos, sem espaçamentos, devidamente calculado para suportar uma anilha de 2000g, que será fornecida pelo professor na apresentação (espessura = 20 mm, diâmetro =  160 mm).

•  A massa da catapulta não deverá ultrapassar 5000 g (a tolerância é de 5%).

•  Será arremessada uma bola de golfe, cuja massa é de aproximadamente 50 g. 

•  Cordas e couro só poderão ser utilizados exclusivamente no arremessador “SLING”. 3.

CONFECÇÃO E ENTREGA DOS PROTÓTIPOS

• Dia 22 de Abril de 2013. As equipes deverão apresentar-se às 14:00 h na sala de aula com o protótipo completamente concluído, que deve ser entregue ao professor. 
• Dia 26 de Abril de 2013. As equipes deverão apresentar-se às 14:00 h na sala de aula para o lançamento do projétil pela catapulta, que acontecerá em local pré-estabelecido pelo professor.
• Caso a equipe completa se apresente com atraso maior que 30 minutos, perderá 1,0 ponto na avaliação geral. O atraso superior a 1 hora, por qualquer motivo, não dará direito à entrega após o horário fixado.
• Só será permitida a participação de alunos devidamente inscritos e matriculadas no curso de Engenharia Mecânica da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC. 

AVALIAÇÃO 

• O  protótipo,  para  fins  de  avaliação,  será  demonstrado  em  sala  de  aula,  sem  a  massa  a  ser lançada, utilizando apenas o contrapeso.
• Caso ocorra o tombamento ou qualquer situação de instabilidade, a comissão julgadora poderá interromper o ensaio.                 
• O  estudante  poderá,  ele  mesmo,  colocar  a  massa  de  contrapeso  na  catapulta,  contanto  que nunca toque no protótipo.

JULGAMENTO

• O julgamento será realizado por uma Comissão formada por professores com experiência nas áreas de materiais, estruturas, cálculo ou profissionais convidados pela comissão organizadora. No caso  da  falta  de  algum  deles,  poderá  haver  a  substituição,  porém,  a  comissão  não  perderá  sua representatividade, desde que tenha, no mínimo, dois participantes na Comissão.
• Como critérios gerais de julgamento dos trabalhos apresentados, serão considerados:

Critérios  Pesos

Capacidade de lançamento (alcance máximo)  3 

Criatividade/inovação  3

Relatório escrito (histórico, cálculos, projetos 2D e 3D)  2

Apresentação à banca  1

Blog e vídeo postado no YOUTUBE   1

• Não caberá aos participantes, recurso sobre o julgamento da Comissão.
• COMPROVAÇÕES:

- Histórico;

- Cálculos;

- Desenho Técnico - esboço 2D e 3D;

- Especificações de componentes;

- Modelos Matemático e Físico.

• AVALIAÇÃO DOS PROJETOS - PONTUAÇÃO

1-  Criação de um site no formato de Blog e postagem de um vídeo no Youtube 

O blog deve conter:

•  Histórico, lista de materiais com especificações técnicas e cálculos;

•  Resumo em inglês;

•  Descrição do processo de fabricação, com fotos;

•  Equipe  de  alunos:  Nome  completo,  curso,  disciplina,  professor,  semestre  e  fotos

apropriadas;

•  Logo do sistema FIEB;

•  Link para vídeo postado no youtube;

•  Vídeo postado no youtube da execução e dos testes de lançamento;

•  Atualização semanal.

Projeto Trebuchet

Um pouquinho de história

Na antiguidade, muito antes da pólvora ganhar popularidade nas batalhas a artilharia era baseada na catapulta, uma arma capaz de arremessar grandes projéteis a longas distâncias. Apareceram sob diversas formas e modelos, mas, no geral, contavam com a energia da deformação elástica de cordas torcidas para impelir as pedras e dardos. O onagro (burro) foi uma das maiores catapultas daquela época e recebeu este nome por conta dos “coices” que dava toda vez que fazia um disparo. As cordas torcidas não tinham muita potência e o onagro era, por construção, uma máquina de baixa eficiência (grande parte da energia era desperdiçada nos coices) limitando em muito seu poder de destruição.

Os grandes onagros lançavam em média pedras de 30 kg e, de acordo com relatos históricos, não era uma arma capaz de inflingir muitos danos em muros a uma distância de 160 metros.


A antiguidade acabou, virou coisa antiga e deixou espaço para a Idade Média, com suas máquinas devastadoras. De origem chinesa, a trebuchet é introduzida na Europa pelo leste do Mediterrâneo, entre os povos árabes, ao fim do Século VI. Com as invasões muçulmanas, acaba sendo levada para o resto da Europa e um pouco depois, substitui as antigas catapultas devido ao seu incomparável poder de destruição. No início, a trebuchet era tracionada por força humana, já que era capaz de lançar projéteis três a seis vezes mais pesados que o onagro. Entretanto, durante a Idade Média, os engenheiros medievais fizeram grandes melhorias no sistema de tração, atingindo o maior estágio evolutivo que estas armas já tiveram: as trebuchets tracionadas por um contrapeso pênsil.

O exercício de construção e estudo de uma réplica de trebuchet medieval por alunos não apenas permite o aprendizado a respeito desta fantástica máquina de sítio, como possibilita aos estudantes a realização de um experimento prático alem do funcionamento e a construção de um trebuchet envolve um profundo conhecimento de desenho geométrico, trigonometria e principalmente, física. Muitos fundamentos da mecânica podem ser aplicados na projeção de tais armas, por exemplo:

Lançamento Oblíquo

(presente no cálculo da tragetória do projétil após seu lançamento)

Equilíbrio de corpos extensos

(usado na estrutura da trebuchet, que consiste em uma alavanca que tem seu movimento controlado pelo sistema de peso e contrapeso)

Movimento Circular Uniformemente Variado

(descreve o movimento do projétil após ser impulsionado pelo sistema de alavanca que o dispara)

Transformação e Conservação de energia

(transformação de energia potencial (com o uso e movimento do contrapeso) em energia cinética (movimento do elástico e dos braços da alavanca), resultando em forças derivadas)


Isso tudo porque a trebuchet é uma arma medieval no estilo “catapulta”, constituída por um sistema de alavanca que possui um ponto de apoio, um braço que por sua vez tem um lado mais longo que o outro, um projétil preso a um elástico que se encontra na base do braço maior e um contrapeso ligado ao braço menor. Observe:

Rascunho 3D da trebuchet





Rascunho inicial para construção da Trebuchet