مقالة منهجية

التصميم الهيكلي والتصنيع من طراد فئة السيارة الشمسية

15K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/58525

⸱

يناير 30, 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Industrial Engineering, Università di Bologna, 2CIRI MAM, Università di Bologna, 3CIRI AERO, Università di Bologna

في هذه المقالة

ملخص

في هذا العمل، العديد من الجوانب المتصلة بعملية التصميم الإنشائي الكامل-كربون المقوى بالألياف مفصلة السيارة الشمسية البلاستيكية، مع التركيز على الهيكل monocoque، الينابيع ليف، واختبار المركبة ككل خلال حادث تحطم طائرة.

الملخص

الطرادات هي المحتل متعددة المركبات الشمسية التي يتم تصورها للتنافس في المدى (أكثر من 3 آلاف كيلومتر) السباقات الشمسية استناداً إلى أفضل حل وسط بين استهلاك الطاقة والحمولة. ويجب أن يمتثلوا للقواعد السباق فيما يتعلق بالأبعاد الكلية وحجم الألواح الشمسية، وظيفة، والسلامة والاحتياجات الهيكلية، بينما الشكل، والمواد، والقوة المحركة، وتعتبر الميكانيكا يتراءى للمصمم. وترد في هذا العمل، أهم جوانب عملية التصميم الإنشائي الكامل-كربون المقوى بالألياف البلاستيكية الشمسية مركبة. على وجه الخصوص، يرد وصف للبروتوكولات المستخدمة لتصميم التسلسل التصفيح الهيكل والينابيع ورقة التحليل البنيوي، وتحطم اختبار المحاكاة العددية المركبة، بما في ذلك سلامة القفص،. تعقد منهجية تصميم هياكل المركب المقوى بالألياف عوضت إمكانية الخياطة خصائصها الميكانيكية والاستفادة المثلى من الوزن الإجمالي للسيارة.

المقدمة

سيارة شمسية سيارة تعمل بالطاقة الشمسية تستخدم للنقل البري. وقدم السيارة الشمسية الأولى في عام 1955: كان نموذج 15 بوصة صغيرة، تتألف من 12 الخلايا الفولطائية الضوئية السيلينيوم و محركات الكهربائية صغيرة1. منذ أن المظاهرة ناجحة، بذلت جهود كبيرة في جميع أنحاء العالم لإثبات جدوى التنقل الطاقة الشمسية المستدام.

تصميم السيارة الشمسية2 مقيدة بشدة بمقدار مدخلات الطاقة في السيارة، والتي هي محدودة للغاية في الظروف العادية. قد صممت بعض النماذج للاستخدام العام، على الرغم من أن السيارات لم أساسا بواسطة الشمس متوفرة تجارياً. كما واقع الأمر، يبدو أن السيارات الشمسية بعيداً عن استخدام الشائع في الحياة اليومية نظراً لحدودها الحالية، لا سيما من حيث التكلفة، والنطاق، ووظيفة. في الوقت نفسه، أنهم يمثلون مقعد اختبار صالحة لتطوير منهجيات جديدة، على مستوى التصميم والتصنيع، الجمع بين التكنولوجيا المستخدمة عادة في القطاعات الصناعية المتقدمة، مثل الطاقة البديلة، والفضاء، و السيارات. وبالإضافة إلى ذلك، تم بناء معظم السيارات الشمسية غرض سباقات السيارات الشمسية، أحداث المتلألئ في جميع أنحاء العالم، والمشاركين الذين هم أساسا من الجامعات ومراكز البحوث التي هي يفتخر بالبحث عن الحلول المثلى لكل مشكلة تقنية. على وجه الخصوص، اعتماد منظمي المسابقات الأكثر أهمية (مثلاً، تحدي الطاقة الشمسية العالمي) استراتيجية لتطوير الأنظمة واللوائح العرق التي تهدف إلى جلب هذه المركبات المتطرفة في أقرب وقت ممكن إلى الأكثر تقليدية وسائل للنقل. على وجه التحديد، بعد العديد من السنوات التي كانت المركبات تتسع واحد والمصممة للسفر الطريق بأسرع ما يمكن، الفئة الناشئة من المركبات كروزر تم مؤخرا عرض ونموا لنقل الركاب أكثر كفاءة.

لهذه المركبات، والمتطلبات التقنية أصبحت أكثر صرامة. وفي الواقع، ليس فقط لديهم لضمان كفاءة استخدام الطاقة القصوى، ولكن أيضا يجب امتثالها للشروط الهندسية أكثر تعقيداً ترتبط بوظائف مختلفة. على سبيل المثال، إمكانية نقل عدد أكبر من الركاب يجعلها أكثر صعوبة لضمان شروط السلامة وتوفر قيادة. السعي إلى اعتماد أكثر تعقيداً بسبب زيادة الوزن الإجمالي، والحاجة إلى إدراج حزمة بطارية أكبر كثيرا، في حين يجب تقليل المسافات الداخلية، مما يجعل تحديد المواقع للميكانيكا صعبة.

يجب أن تعالج فلسفة تصميم جديد، بما في ذلك رؤية مختلفة لاستخدام المواد والتصنيع. أولاً، يجب تحديد المواد استناداً إلى أعلى نسبة القوة إلى الوزن، ونتيجة مباشرة، والبلاستيك المقوى بالكربون الألياف تمثل حل أمثل. وعلاوة على ذلك، يجب أن تنفذ الحيل محددة في التصميم.

ويرد في هذه المادة، الإجراءات المستخدمة لتصميم بعض من أهم أجزاء الهيكلية للسيارة الشمسية، مثل الهيكل monocoque والتعليق وحتى اختبار تحطم حسابية. النطاق النهائي للحصول على سرعة سيارة شمسية مع وزن أقل قدر ممكن، في مقايضة مع قواعد الديناميكا الهوائية والعرق.

ومن الواضح أن البحث عن المواد الأمثل من حيث النسبة بين المقاومة والوزن مقيد بالتكنولوجيا المستخدمة، وهو صب اﻷوتوكﻻف من بريبريجس كفرب. ويهدف تحديد أساليب التحديد السريع لاختيار المواد الأمثل من حيث تصنيف رقائق داخل نطاق محدود من الاحتمالات ووضع المتابعة. في الواقع، وتصميم مع المواد المركبة يعني اختيار واحد من الخصائص الهندسية للمقاطع والمواد المحددة، والتكنولوجيا المناسبة (في الحالة المعروضة هنا، أنه مصمم مسبقاً، كما يحدث غالباً).

العديد من المسابقات الشهير أداء مسافات طويلة للمركبات الكهربائية الشمسية قد عقدت في جميع أنحاء العالم في العقود الأخيرة، التي تنطوي على رتبة أعلى الجامعات ومراكز البحوث، الذين هم على تعزيز العوامل الرئيسية لتطوير هذه الحركة التكنولوجيا. ومع ذلك، القدرة التنافسية التي تعمل في هذا المجال البحثي في تحالف مع حدود الملكية الفكرية عاملاً مقيداً على محمل الجد لنشر المعرفة بشأن هذه المسألة. لهذا السبب، استعراض الأدب في حسابات تصميم السيارة الشمسية لإشارات قليلة (وفي بعض الأحيان التي عفا عليها الزمن)، حتى عندما تقوم الأبحاث كاملة على هذا الاستقصاء3، لماذا تشجع أعمال يعمل مثل هذا.

شكل مستقل يجري تحسين أي جانب تصميم المركبة، هدف مشترك هو دائماً الرامية إلى: تحقيق المزيد من الكفاءة في استخدام الطاقة. الإنتاجية التغييرات في التصميم لا دائماً تستند إلى التكنولوجيات المتطورة، كما أنها يمكن أن مجرد تعتمد على الميكانيكا مثل خفض مركز الثقل المركبة زيادة استقراره (الذي يكتسي أهمية خاصة للمسابقات التي أجريت في الصحراء المناطق4 بسبب الرياح الجانبية الرياح5) أو تقليل وزن السيارة أجزاء6-من الذي 10% لتخفيض الوزن في السيارات الكهربائية يمكن الاستدلال يصل إلى 13.7 في المائة في توفير7الطاقة. استراتيجيات إدارة الطاقة شامل كما تستخدم عادة في أحداث سباق لضمان أفضل أداء ممكن، حيث يمكن الحصول مثيرة أقصى سرعة 130 كم/ساعة وواحد من الرسوم التي تستمر لأكثر من 800 كم في سيارات كروزر الفئة8.

دراسة المركبة الديناميكا الهوائية5،،من910 من المهم أن أؤكد مقاومة تذكر من الهواء ونعومة أثناء القيادة، الجوانب الرئيسية التحكم فيها خفض معامل السحب إلى السماح للسيارة بالتحرك في حين أن الإنفاق أقل من الطاقة، ومعامل الرفع الذي يجب أن يبقى سلبيا لضمان أن السيارة متصل بأمان وثابت على الأرض، وحتى على سرعات أعلى.

هو معلمة هامة أخرى تصميم نظام التعليق، الذي يطبق عادة في المركبات العادية مع أغراض الوحيد لتوفير الراحة والاستقرار والأمان، ولكن في السيارات الشمسية يجب أن تكون خفيفة. وقد تم استكشاف هذا الجانب الهام منذ 199911 في الدراسات التي تشمل الألياف الزجاجية ورقة الينابيع، وفي الآونة الأخيرة، مع ألياف الكربون12 ، عند استخدامها لتشكل عظم الترقوة روابط13، ثبت لتوفير الوزن ليس فقط الحد بل عامل سلامة محسنة. على الرغم من أن تعليق ثنائي مزدوج بلا شك أكثر غالباً ما تستخدم في السيارات الشمسية14، وترى الدراسة الحالية سبرينغ مستعرضة بنيت بألياف الكربون، لذلك نظام تعليق أبسط وأخف وزنا مع خفض الوزن قافز.

أما بالنسبة لتصنيع الهيكل، أثبت تشييد بنية monocoque المصنوعة من ألياف الكربون لمنح ميزة كبيرة في أداء، يجري عقبة تصميم الذي لا غنى عنه لأبرز القائمة4،8 ،15 سيارة شمسية فرق. استخدام ألياف الكربون أمر حيوي للتنفيذ للسيارة، والسماح للفرق لبناء المركبات فيها كل واحد من المكونات الهيكلية (أو أجزاء مختلفة من الهيكل نفسه، كما هو الحال في الهيكل) بمبلغ أمثل من ألياف الطبقات في حسابها التوجهات. لذلك، في هذا العمل، وتوحيد المواد التي جرى تقييمها من خلال خصائص الاختبارات التجريبية، مثل ثلاث نقاط الانحناء والاختبار القص إينتيرلامينار قوة (إيلس).

لضمان استقرار الأبعاد أثناء دورة العلاج، يرصد البناء عموما مع التعبئة فراغ والاوتوكلاف صب4 في قوالب من ألياف الكربون التي، بدورها، هي مغلفة في التحديد ناعم رغوة عالية الكثافة أو أنماط الألومنيوم. ويشكل أغلبية الأجزاء هياكل ساندويتش (أي، مع الألياف على الجلد والمواد خفيفة الوزن الغاية الأساسية التي تخدم لسمة مقاومة الانحناء لمركب يحمل وزن منخفض للغاية). وباﻹضافة إلى ذلك، ألياف الكربون أيضا مفيدة لتوفير أعلى مستويات السلامة الذبذبات ضد ظواهر الرنين12.

اختبارات تحطم تهدف إلى التحقق من سلامة الركاب في تحطم الأحداث، عادة ما تنطوي على الاختبارات تستغرق وقتاً طويلاً وغير اقتصادي، والتجريبية والمدمرة بمركبات عينة. واحد الاتجاهات الأخيرة التي تكتسب شعبية واسعة محاكاة الكمبيوتر تحطم اختبار، حيث التحقيق هذه المحاكاة سلامة ركاب السيارة أثناء مختلف أنواع الآثار (مثلاً، أثر أمامية، جانبية أمامية، والإزاحة، ولفه على مدى) . ونظرا لأهمية إجراء تحليل تحطم مركبة الطرق وإمكانية القيام بذلك من خلال وضع النماذج العددية، التحقيق الحالي يرمي إلى تحديد أهم المجالات السيارة الشمسية، من حيث كلا من الإجهاد الأقصى و التشوه، بغية السماح لفرضية لتحسين الهيكل.

اختبار تحطم العددية على المركبات الشمسية التي نفذت بموجب هذا لم يسبق لها مثيل. نظراً لعدم وجود المراجع في البحوث والأنظمة المحددة لهذا النهج المبتكرة السيارة الشمسية، كان من المفترض لتكيف أن ترى تأثير السيارة على عقبة جامدة سرعة متوسط. لذلك، أجريت الهندسة نمذجة المحاكاة (الشبكة بما في ذلك الدستور ومحاكاة البنية) والمركبة في مختلف البرامج المناسبة. له ما يبرره أيضا استخدام ألياف الكربون لهيكل السيارة بسلوكها البلاستيك، وقد أثبت بالفعل أن تكون أعلى من غيرها من المواد، مثل الزجاج الألياف المركبة، وعلى اختبارات تحطم السيارات الكهربائية16.

البروتوكول

ملاحظة: عملية تصميم سيارة بالطاقة الشمسية مهمة معقدة للغاية، وتنطوي على جوانب متعددة التخصصات، حيث ليس من الممكن تغطية لهم جميعا هنا. من أجل توجيه القارئ، والعملية المنطقية التي يتم تضمين البروتوكولات وصف يرد في الشكل 1.

figure-protocol-1
رقم 1: تصميم الرسم البياني. ويرد التفاعلات بين الأجزاء المختلفة لعملية التصميم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

1-وضع المتابعة لتصميم الهيكل الرئيسي

  1. تحديد توزيع الحمولة في سيناريو أسوأ الحالات.
    1. اضرب الركاب والبطارية حزمة إرسالات تسارع التصميم عمودي للحصول على تحميل التصميم الرئيسي.
    2. النظر في الموقف من المقاعد وأماكن مختلفة محتمل في البطارية.
  2. حساب ردود الفعل على المفاصل سبرينغ. ويعتبر السيارة مدعومة ببساطة-شعاع.
  3. تحديد الرسومات التخطيطية للحظة الانحناء والقص.
  4. البحث عن إجهاد القص المسموح بها كحد أقصى على المواد الأساسية. يمكن قراءة في الورقة التقنية الأساسية قيمته أو العثور عليها عن طريق التجربة على عينات مناسبة. وفي هذه الحالة، يمكن تحديد الضغط تنسل الأطراف من الطيات الأساسية.
  5. حساب سمك الأساسية شطيرة استناداً إلى17،مقاومة القص18 (حيث figure-protocol-2 بالعرض الذي فرض القص figure-protocol-3 يتم تطبيقها و figure-protocol-4 هو سمك الأساسية).
    figure-protocol-5
  6. البحث عن قوة الشد والضغط من الطيات كفرب المتاحة. يمكن الاطلاع على قيمتها في أوراق تقنية تبحر.
  7. تحديد تجريبيا قوة الانحناء المركبة ساندويتش19.
  8. تحديد تجريبيا إيلس للتركيبات الممكنة للمواد20،21.
  9. تأخذ في الاعتبار مختلف أبواب السيارة، والشكل الذي صمم في التوفيق بين متطلبات الأيرودينامية والاحتياجات الوظيفية.
    ملاحظة: هناك ثلاثة أقسام الحرجة في الهيكل — واحد مع لحظة الانحناء أعلى، وطرفي، حيث يتم تقليل المنطقة هائلة نظراً لوجود أنظمة تعليق العجلة. وعلاوة على ذلك، في هذين الفرعين المخفضة، يجب نقل القص من نبات الربيع للهيكل.
  10. جعل افتراض حول وضع المتابعة في ثلاثة أقسام النظر وفي أجزاء مختلفة من الفروع، آخذا في الاعتبار أن الحد الأدنى التكنولوجية17 هو 10 في المائة على الأقل من الألياف في كل اتجاه (0 ° [أيطولية]، 90 ° [أي، مستعرضاً]، و ± 45 ° [أيقطري])، وتحميل أهم يتصرفون في جزء محدد من القسم، أن عدد الطيات عدد صحيح، وأنه يجب إبقاء السمك إلى الحد أدنى.
  11. حساب الحد الأقصى وتؤكد الشد والضغط وفقا لنظرية ساندويتش17،18 ومقارنتها بتلك المسموح بها (حيث figure-protocol-6 هو العرض الذي اللحظة figure-protocol-7 يتم تطبيقها و figure-protocol-8 و figure-protocol-9 هي سمك الأساسية ومن الطيات، على التوالي).
    figure-protocol-10
    1. تعديل وضع المتابعة، إذا لزم الأمر، والعودة إلى الخطوة 1، 9.
  12. جعل نموذج شل عناصر محدودة في برنامج Abaqus وتطبيق ما يعادل تأثير الأحمال المنصوص عليها في لوائح22.
    1. إنشاء الهيكل في مصمم نماذج كندي.
    2. استيراد الهيكل في البرنامج فيم كقذيفة أو جزء متين بالنقر فوق استيراد | جزء. إذا كان يتم استيراده صلبة، استخدام أداة تحرير هندسة لتحويله إلى جزء شل.
    3. تعريف خصائص رقائق كفرب واحد كمواد مرنة مع نوع الصفيحة أو الثوابت الهندسية؛ حدد بواقي مطاطا ونسبة بواسون للمواد. لاحظ أن الهندسية الثوابت معلمات مطلوبة إذا كان يتم تحليل سلوك shell الخروج من الطائرة. اختر هاشين معيار الضرر لتنفيذ معيار فشل ل رقائق المركب26.
    4. قم بإنشاء مقطع مركب رميات الكرة بتحديد تسلسل التراص من الرقائق. قم بتعيين كل طبقة توجهاته وسمك في نموذج جدولي.
      ملاحظة: يجب أن يعتبر سمك بعد علاج تبحر كفرب.
    5. تعيين توزيع العناصر المنفصلة للجزء من مش البذور. استخدام أداة تقسيم الوجه وبذور التحيز لزيادة عدد العناصر في المواقع الهامة. اختر شكل عنصر يهيمن عليها رباعية و قذيفة نوع العنصر. انقر فوق في التكامل انخفاض إذا آثار الساعة الرملية في النموذج ضئيلة؛ وإلا، استخدم التكامل نونريدوسيد.
    6. إنشاء مثيل من الهيكل في الوحدة النمطية الجمعية . وهذا هو الذي سيتم تطبيق الأحمال وشروط الحدود.
    7. تعريف إجراء التحليل في الوحدة النمطية خطوة ثابت. اختر إعدادات solver. حدد نلجيوم: في لتنشيط السلوك ميمبرانال غير الخطية.
    8. تطبيق الأحمال التي مماثلة لتلك المنصوص عليها في النظام الأساسي قوة الجسم الأحمال على الهيكل. تطبيق القوات تتركز في البطاريات و شاغلي المناصب تأخذ في الاعتبار أوزانها جمعها.
    9. تطبيق BCs على المثيل. النظر في الهيكل كهيئة معتمدة تبت الأحمال الخارجية، مع يشبك قبل الميلاد في يحد من ' المواقع.
    10. تعريف النواتج في الوحدة النمطية طلبات ناتج الحقل . حدد المجال: رمية مركب لاستخراج النتائج في الموقع كل طبقة من الرقائق.
    11. خلق فرص العمل وتشغيل التحليل.
    12. التحقق من نتائج الامتثال لمتطلبات النظام الأساسي22. في حالة أنها غير متوافرة، أن نعود إلى 1.9 خطوات و 1.12.4 وتعديل تسلسل التصفيح.
  13. إنتاج رقائق-كتاب ترجمة النهج باب مصمم الهيكلية إلى نهج طبقة من رقائق مطلوبة من قبل الشركة المصنعة.
    1. إجراء تعديلات خاصة في الأقسام فيها متطلبات وظيفية محددة تؤدي إلى تخفيض سمك ساندويتش.
  14. تصنيع الهيكل في اﻷوتوكﻻف.
    1. إنتاج أنماط رغوة عالية الكثافة بدقة الطحن.
    2. ضمان انتهاء من سطح سلس مع الصنفرة غرامة الحبيبات.
    3. تطبيق طبقات من السدادة والإفراج عن عامل على الرغوة أؤكد ديتاتشابيليتي قوالب ألياف الكربون.
    4. تصنيع القوالب عن طريق تجميع قبل المشربة ألياف الكربون في درجات الحرارة المنخفضة الحفز الطبقات وختم كل جزء مع فراغ كيس ضغط لعلاج اﻷوتوكﻻف مزيد.
    5. البولندية على سطح قوالب المنتجة وتطبيق السدادة والإفراج عن وكلاء.
    6. صفح أجزاء الهيكل على القالب وفقا لرقائق-الكتاب وتقديمها إلى ضغط حقيبة فراغ وعلى علاج اﻷوتوكﻻف.

2. تصميم أوراق الربيع

figure-protocol-11
رقم 2: تحميل الرسومات التخطيطية في الربيع ورقة- وهذا الرقم يدل على تصميم القص والانحناء لحظة بالنيابة في الربيع أوراق. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

  1. تحديد توزيع الحمولة على طول سبرينغ (انظر الرسم البياني الانحناء والقص في الشكل 2).
    1. تقييم الحمولة القصوى المطبقة على عجلات السيارة في أسوأ الاحتمالات (انظر الخطوة 1-1).
    2. حساب قوي ردود فعل (الحد الأقصى للتحميل figure-protocol-12 ) في فصل الربيع أوراق روافع الغايات، النظر في تعليق الذراع.
    3. تعريف في دعم وتحميل نقاط سبرينغ استناداً إلى نقاطها مرسى لهيكل السيارة وتعليق منها.
    4. تحديد الرسومات التخطيطية للانحناء والقص، النمذجة سبرينغ كشعاع الانحناء أربع نقاط مع حمولة قصوى تساوي تطبيقها في النهايات (السيناريو الأسوأ).
  2. تقييم تشريد الحد الأقصى figure-protocol-13 من نبات الربيع ينتهي وفقا لتعليق الهندسة والمساحة المسموح بها حول إطار السيارة.
  3. حدد المواد مع قدرة تخزين الطاقة أعلى سلالة معينة، figure-protocol-14 .
    figure-protocol-15
    وهنا figure-protocol-16 هو الإجهاد المسموح به، figure-protocol-17 هو معامل مرونة، و figure-protocol-18 هو الكثافة.
    1. كالانحناء هو المهيمن تحميل سبرينغ (تحميل القص هو واحد أو اثنين للحجم الأدنى)، تبقى قوة التعب من المواد ك figure-protocol-19 .
    2. للمواد المركبة المتعامدة، تنظر التعب الانحناء قوة FRP على طول الاتجاه الرئيسي (بعكس اتجاه الألياف) كما figure-protocol-20 .
  4. نظرياً بتصميم شكل سبرينغ ووضع المتابعة، تحقيق أقصى قدر من الطاقة محددة لديها القدرة على تخزين.
    ملاحظة: سبرينغ عبر الباب ينبغي أن تكون على غرار حتى أن تحدث حالة الضغط الأقصى المسموح به على طول كل ربيع أوراق.
    1. وتركز فقط على الرسم التخطيطي الانحناء الرقم 2. تحميل القص هو واحد أو اثنين للحجم الأدنى. وبناء على ذلك، تقسيم سبرينغ في نوعين من القطاعات: بين اثنين ويؤيد (figure-protocol-21) وبين الدعائم ونهايات سبرينغ (figure-protocol-22).
    2. على طول figure-protocol-23 ، تبقى الحمولة الانحناء المستمر وإلى الحد الأقصى؛ ومن ثم، تبقى أيضا المقطع العرضي ثابتة.
    3. على طول figure-protocol-24 ، زيادة الحمل الانحناء خطيا من نقطة تحميل التطبيق للدعم؛ ومن ثم ارتفاع المقطع العرضي figure-protocol-25 يجب أن ترضى المعادلة التالية للحفاظ على الضغط figure-protocol-26 ثابتة على السطح الخارجي للربيع أوراق، وعلى كل طوله.
      figure-protocol-27
      هنا، figure-protocol-28 هي المسافة من نقطة تطبيق الحمولة القصوى figure-protocol-29 و figure-protocol-30 بعرض المقطع العرضي. الصيغة توحي بأن على طول figure-protocol-31 تمتد، ارتفاع المقطع العرضي ربيع نبات figure-protocol-32 ينبغي أن يكون مدبب مع ملف تعريف مكافئ. ومع ذلك، لأسباب تتعلق بالممارسة العملية، التقريبية الارتفاع الشخصية سبرينغ مع أحد خطي.
      ملاحظة: الاحتفاظ figure-protocol-33 ثابت لتجنب انقطاع الألياف أثناء عملية التصفيح، مما سيقلل من قوة لاميناس مركب.
    4. لأن الانحناء أعلى من التحميل القص، استخدام هيكل ساندويتش مع جوهر النسيج 0-90 فرب مدبب خطيا لمقاومة الأحمال القص ويضفي صلابة إلتوائية سبرينغ والطبقات الخارجية من أحادي الاتجاه فرب المنحى مع سبرينغ المحور الرئيسي التباين في الحمل الانحناء. وقد الطبقات الخارجية سمك مستمر لتفادي ثغرات هندسية في المنطقة وأكد أعلى.
  5. الحصول الشد، والضغط، والعاطفة، والقص قوة المواد فرب المحدد. يمكن الاطلاع على قيمتها في صحائف البيانات التقنية أو عن طريق اختبار استناداً إلى معايير ASTM (الخيار المفضل).
  6. تحسين الأبعاد الهندسية سبرينغ عن طريق نموذج تحليلي.
    ملاحظة: وظيفة الهدف تقليل الكتلة مع التقيد بالقيود المفروضة؛ ومن ثم المحافظة الحد أقصى لتحميل figure-protocol-34 مع انحراف يساوي figure-protocol-35 وإبقاء الضغوط أقل من تلك المواد المسموح.
    1. تقييد الشرط على انحراف الحد الأقصى figure-protocol-36 لتحميل الحد أقصى محدد figure-protocol-37 .
      figure-protocol-38
      وهنا، figure-protocol-39 هي قيمة صغيرة إدراجها لأسباب التقارب. من الناحية المفاهيمية، سبرينغ شطيرة مع جوهر مدبب في figure-protocol-40 المنطقة. حساب الانحراف figure-protocol-41 في التحميل figure-protocol-42 ، عن طريق الأسلوب الذي كاستيجليانو.
      figure-protocol-43
      هنا، figure-protocol-44 و figure-protocol-45 هي صلابة العاطفة ورقة الربيع على طول figure-protocol-46 و figure-protocol-47 ، على التوالي.
      figure-protocol-48
      وهنا، figure-protocol-49 و figure-protocol-50 هي معامل مرونة الأساسية والطبقات الخارجية، على التوالي،figure-protocol-51
      هو سمك الطبقة الخارجية، و figure-protocol-52 هو سمك الأساسية.
      figure-protocol-53
      figure-protocol-54
    2. تقييد الشرط على أقصى إجهاد الانحناء: figure-protocol-55 (الحد الأقصى التعب أإن الانحناء الإجهاد). تقييم figure-protocol-56 عن طريق نظرية أويلر-بيرنولي.
      ​figure-protocol-57
    3. تقييد الشرط على الحد الأقصى الأساسية وتؤكد القص الطبقة الخارجية: figure-protocol-58 (إجهاد القص التعب الأساسية كحد أقصى) figure-protocol-59 (إجهاد القص التعب الأساسية كحد أقصى). تقييم figure-protocol-60 و figure-protocol-61 عن طريق نظرية أويلر-بيرنولي24.
      figure-protocol-62
      ​figure-protocol-63
    4. استخدام كتلة سبرينغ كدالة الهدف للتقليل إلى أدنى حد.
      figure-protocol-64
      ملاحظة: المعلمات الهندسية التي يمكن أن تختلف: figure-protocol-65 ، figure-protocol-66 ، و figure-protocol-67 . إذا سمح بتصميم النقاط مرسى للإطار، figure-protocol-68 و figure-protocol-69 ويمكن أيضا اعتبار المتغيرات، إذا هو احترام تقييد التالية:figure-protocol-70
    5. حل المشكلة شكل تكراري أو عن طريق خوارزميات الأمثل، الذي يمكن الاطلاع على المتكاملة في العديد من برامج برامج الحوسبة العددية.
  7. إجراء محاكاة FE الربيع أوراق الأمثل في قبل/بعد المركب Ansys (ACP). والهدف تقييم تركيز الإجهاد والأحمال الخروج من الطائرة.
    1. رسم، كسطح، الهندسة كاد إلا ربع سبرينغ، مع سطح مقسمة في المراسلات مع التغيرات نقطة ووضع المتابعة الدعم.
    2. قم بإنشاء مشروع جديد لمحاكاة في منضدة ANSYS. حدد ACP (ما قبل) (في القائمة أدوات ) بواسطة سحبه إلى مساحة العمل.
    3. تحديد خصائص المواد عن طريق النقر على البيانات الهندسية. تحديد مصادر البيانات الهندسية والاستيراد من المواد المركبة المجلد الكربون UD ونسج بريبريجس خصائص المواد الافتراضية، بالنقر المزدوج عليها. تحديث الثوابت المادية في ثلاثة اتجاهات رئيسية مع تلك المتاحة على ورقة البيانات المادية أو التي تم الحصول عليها من نتائج التجارب.
    4. استيراد الهندسة مع الاحتفاظ الارتباط مع CAD بالنقر بالزر الأيمن على الهندسة ، ثم على استيراد الهندسة. باستيرادها في تنسيق CAD الأصلية.
    5. انقر نقراً مزدوجاً فوق النموذج. تعيين سمك سطح تعسفي. تحديد مناطق رمية مختلفة باستخدام الدالة الاختيار المسمى (انقر بالزر الأيمن على النموذج ، ومن ثم على إدراج). إنشاء الشبكة الافتراضية بالنقر بالزر الأيمن على شبكة ، ثم على إنشاء شبكة.
    6. في طاولة العمل، افتح الهادئ – قبل بالنقر المزدوج فوق إعداد.
    7. تعريف خصائص تبحر في مجلد البيانات المادية القائمة. حدد إنشاء النسيج بواسطة النقر بالزر الأيمن على الأقمشة؛ ثم تعريف المواد وتعيين بريبريج سمك. حدد إنشاء Sub رقائق بالنقر بالزر الأيمن على رقائق فرعية وتحديد تسلسل التراص دون صفح.
    8. تعريف نظام الإحداثيات المحلية عنصر في مجلد القائمة مأخذ وفقا للاتجاه الرئيسي لعملية التصفيح (المحور الرئيسي ورقة الربيع).
    9. توجيه الإحداثيات المحلية فيم العناصر في مجلد القائمة الموجهة نحو تعيين التحديد بتعريف كل عنصر يحدد (المعرفة مسبقاً في الخطوة 2.7.5) مصدر تعسفي نقطة و مأخذ في خطوة 2.7.8.
    10. تعريف رمية استناداً إلى النتائج التي تحققت في عملية التحسين من 2.7 خطوة. انقر بالزر الأيمن على مجموعات النمذجة وحدد "إنشاء رقائق". تعريف الموجه نحو تعيين التحديدو رقائق المواد، و عدد الطبقات. كرر ذلك لكل مجموعة مكررة من الطيات.
      ملاحظة: اتبع نفس الترتيب لعملية التصفيح.
    11. في طاولة العمل، اسحب التحليل الهيكلي ثابت (في القائمة أدوات ) إلى مساحة العمل. ثم اسحب \Setup ACP (ما قبل) على structural\Model ثابتة وحدد نقل "البيانات المركبة" الصلبة. انقر نقراً مزدوجاً فوق Structural\Setup ثابتة.
    12. تطبيق التماثل وتقييد الشرط الحدود. انقر بالزر الأيمن على هيكلية ثابتة وحدد Insert\Displacement. حدد الحافة أو سطح الهندسة والتشريد إلى 0 لاتجاه المكون المناسبة.
    13. تطبيق قوة اتباع نفس الإجراء خطوة 2.7.12.
    14. حل نموذج فيم كمرونة خطية بالنقر فوق حل.
    15. تقييم تشريد الحد الأقصى figure-protocol-71 ) من نبات الربيع بالنقر بالزر الأيمن على الحل وتحديد Insert\Deformation\Directional. إذا كان منخفضا، أعود إلى الخطوة 2.7.10 وزيادة عدد الطيات أإن الخارجي؛ إذا كان أعلى، الحد منه.
    16. في طاولة العمل، اسحب ACP (Post) (في صندوق الأدوات) على ACP (ما قبل) \Mode. ثم اسحب الحل Static\Structural على \Results ACP (Post). انقر نقراً مزدوجاً فوق \Results ACP (Post).
    17. انقر بالزر الأيمن على المجلد القائمة تعريف وتحديد معايير الفشل هاشين 3D.
    18. انقر بالزر الأيمن على المجلد الحلول القائمة وحدد إنشاء الفشل... حدد هاشين وتحقق من إظهار على المواد الصلبة.
    19. تحقق إذا كانت معايير الفشل دائماً أقل من واحد. إذا لم تكن كذلك، العودة إلى الخطوة 2.7.7 وزيادة عدد تبحر في المنطقة المحددة كحرجة، توجيه لهم حسب الضرورة.
    20. كتابة كتاب رقائق.
  8. اختبار نموذج المحجمة الربيع أوراق مصممة.
    1. التصميم، عن طريق نموذج تحليلي خطوة 2.7، 1/5-إلى 1/10-تحجيم سبرينغ، ضبط الطبقات الخارجية وسمك الأساسية بنفس النسبة بين الانحناء والقص التشديد على عنصر حقيقي وانحناء مماثل للحمولة القصوى.
    2. صفح سبرينغ المحجمة.
    3. اختبار مع المباراة اختبار الانحناء عادية أربع نقاط.
    4. تحليل الحمولة القصوى والتشرد ووضع الفشل.
    5. تحسين تصميم سبرينغ استناداً إلى نتائج الاختبار التجريبي.
  9. تصنيع سبرينغ الأمثل.

3-كاملة أمامية تحطم اختبار المحاكاة

figure-protocol-72
الشكل 3: الهندسة كروزر. ويبين هذا الرقم بالشكل العام والأبعاد للسيارة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

  1. رسم الشكل الهندسي للمركبة (الشكل 3).
    1. إنشاء وتسمية مشروع جزء جديد في CAD النمذجة البرمجيات.
    2. نموذج أجزاء صلبة باستخدام الموارد بثق، الدوران، و سويت، و علوي لضمان كامل الاتصال بين أجزاء المركبة المختلفة (مثل الشاسيه والمقاعد وقفص لفة). عند الضرورة، انقر فوق في علامة التبويب سطح، و هندسة مرجع، و الطائرة رسم طائرة مرجع.
    3. كرر الخطوة 3.1.2 حتى اكتمال الهندسة مع monocoque، الأبواب، ودحر القفص، مقاعد، بطارية، العجلات، الإطارات، محاور العجلات، وتعليق الأسلحة، سبرينغ، توجيه النظام، وحاجز صلب جامد (2 × 2 م).
    4. استغلال التماثل الثنائي لتحسين العمليات الحسابية واستخدام نموذج نصف السيارة. ضمن علامة التبويب أدوات مساعدة ، انقر فوق التحقق من التماثل ، وحدد الأمر التلقائي التماثل سبليت . ثم انقر فوق من جانب الهيئة التي سيتم الاحتفاظ وتأكيد عن طريق النقر فوق جزء انقسام.
    5. تحويل الأجسام الصلبة إلى الأسطح: حدد وجوه المتصلة بسمك الهيئات وانقر فوق علامة التبويب الأسطح ، ومن ثم، على حذف الوجه.
    6. انقر فوق حفظ باسم ثم حدد تنسيق STP .
  2. إعداد وتنفيذ المحاكاة.
    1. إنشاء وتسمية المشروع الجديد في برامج المحاكاة "منضدة ANSYS العناصر المحدودة".
    2. اسحب من الأدوات-"تحليل النظم" إلى "التخطيطي المشروع" إطار دينامية واضحة . انقر نقراً مزدوجاً فوق في البيانات الهندسية وإضافة مواد جديدة، سحب ممتلكاتهم الضرورية من الشجرة مربع الأدوات وإدراج القيم التي تم الحصول عليها في الجزء 1 من هذا البروتوكول، تسمية كل المواد تبعاً لذلك.
    3. انقر بالزر الأيمن على الهندسة استيراد الهندسة. انقر فوق استعراض ، وحدد الملف STP التي تم إنشاؤها في الخطوة 3.1.6.
    4. انقر نقراً مزدوجاً فوق نموذج في إطار دينامية صريحة فتح نموذج والبيئة.
    5. مرة واحدة داخل بيئة نموذجية ، انقر بالزر الأيمن على الهندسة لإدراج كتلة نقطة للعناصر ثلاثية الأبعاد أو في قسم طبقة للعناصر 2-د، لتعريف الجماهير مركزة أو رمية مركب، على التوالي. لكل مكون من مكونات إطار الهندسة، يجب تعيين المادية المناسبة وسمك السطوح تحت المواد من التفصيل.
    6. انقر بالزر الأيمن على النموذج لإدراج التماثل-"المنطقة التماثل". الطائرة التماثل YZ يعرف التماثل الهندسي الصحيح من حيث النتائج المقبلة إعطاء شروط الحدود المناسبة.
    7. لإعداد اتصالاتبشكل صحيح، حذف كافة الاتصالات التلقائية ويترك فقط تفاعلات الجسم، يعرف بأنه عديم الاحتكاك.
    8. ضمن تفاصيل مش أسلوب صريح (الشكل 4)، إسقاط عناصر العقد ميدسيدي وإعداد التحجيم الدالة على انحناء مع المتوسطة مركز ذات الصلة- قم بإعداد "الحد الأقصى لحجم عنصر" إلى 30 ملم مع حد أدنى من 6 مم.
    9. تعيين عدد من وحدات المعالجة المركزية للمعالجة ضمن علامة التبويب خيارات متقدمة في المقطع مش المتوازية.
    10. تعيين سرعة كشرط أولى تحت الشجرة الشروط الأولية لعلامة التبويب ديناميات صريحة .
    11. تعيين شروط الحدود القيد بالنقر بالزر الأيمن على علامة التبويب ديناميات صريحة ، واختيار إدراج، وانتقاء دعم ثابت لتعريف الحاجز جامدة و ثابتة التشرد للحيلولة دون أن العجلة وينتقل محور ع.
    12. تحت إعدادات تحليل، إعداد عناصر التحكم من حيث وقت النهاية (إلى 0.3 s) و الحد الأقصى لعدد الدورات (2.5 × 105)، المدخلات اللازمة للحصول على السرعة، والطاقة الحركية (تساوي صفر).
    13. إطار الحل، انقر بالزر الأيمن على معلومات الحل لإدراج الطاقة الداخلية – المجموع – الحركية لتعقب هذه النتائج. على الجانب الآخر، ضمن معلومات الحل، يمكن تتبع الإخراج الحل من حيث زيادة وقت موجز الطاقةو حفظ الطاقة.
    14. انقر فوق حل وتحليل نتائج الوثيقة الختامية من حيث تشوه الكلي والإجهاد، إجهاد، مجموع، الداخلية والطاقة الحركية وتسريع.

figure-protocol-73
الشكل 4: شبكة العناصر المحددة التي تنطبق على نموذج سيارة نصف. يظهر هذا الشكل تفريد نموذج، والقيام من على نصف السيارة نظراً للتماثل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

النتائج

وضع المتابعة الهيكل الرئيسي: النتيجة النهائية للبروتوكول هو تسلسل التصفيح، كما دعا الكتاب رقائق. ومع ذلك، حين توزيع الحمولة والمخططات قوة الانحناء لحظة والقص قد تحددها الاعتبارات الميكانيكا الصلبة بسيطة، نقطة رئيسية البروتوكول هو تقييم الخصائص المادية الفعلية. وفي الواقع، حتى لو كان يمكن العثور على العديد من الكميات اللازمة بواسطة مصمم الهيكلية في ورقة البيانات المادية، في مرحلة التصنيع والتفاعل مع مواد أخرى يمكن تغيير الاستجابة الميكانيكية للمواد الخام. في هذا القسم، يتم إظهار الإعداد التجريبية للتجارب إيلس والانحناء ثلاث نقاط (انظر الشكل 5). من هذه التجارب، من الممكن لتقييم قوة الانحناء لاميناس ساندويتش وإيجاد حد أدنى لقوة القص نومكس الأساسية؛ منحنيات الإجهاد-التشرد الممثل تظهر في الشكل 6 لتوجهات مختلفة اثنين من المنسوجة صفح. وعلاوة على ذلك، إيلس أمر حاسم لتحديد مقاومة تنسل الأطراف في حواف الهيكل، حيث يصبح ساندويتش رقق.

figure-results-1
الرقم 5: الاختبارات الميكانيكية- هذه اللوحات تظهر الاختبارات الميكانيكية (A) الانحناء ثلاث نقاط و (ب) إيلس. يتم عرض الشكل للعينة وظروف التحميل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-2
رقم 6: نتيجة نموذجية للاختبارات ثلاث نقاط الانحناء. وتظهر هذه اللوحات النتائج النموذجية لاختبار الانحناء ثلاث نقاط (A) [0/90]ن تبحر وتبحر (ب) [± 45]ن . تشدد على حسابها من التحميل تقاس بخلية التحميل والتشريد يقاس بمحول مضمن في جهاز الاختبار. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

وترد في الشكل 7، تسلسل التصفيح، تعريف قطاع عبر العفن الهيكل،. مواصفات مفصلة لتسلسل التصفيح مسرود في الجدول 1. الجدول ينقسم إلى ثلاث مراحل من اﻷوتوكﻻف علاج العملية التي تتم بالتسلسل، بدءاً من الصفيحة الأبعد، ثم الأساسية نومكس والمواد اللاصقة وأخيراً الصفيحة الداخلية.

figure-results-3
رقم 7: نتيجة لعملية التصميم. كل منطقة تتميز بوضع المتابعة مختلفة. الأرقام والألوان بتعريف المناطق المختلفة التي ينقسم هيكل الشاسيه، راجع الجدول 1- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

المرحلة 1
p = 6 بار؛ t = 2 ح؛ T = 135 درجة مئوية
ما يليها.القطاعزاويةجوانالمواد
ف 1.1العالمية+ 45 درجة1T800 الساتان
1.2 ف (رينف)10°1M46J يوني
290°1M46J يوني
3+ 45 درجة1M46J يوني
1b0°1M46J يوني
ف 1.3 (رينف)د0°2M46J يوني
ج-45 °1M46J يوني
ج+ 45 درجة1M46J يوني
أ، ب، ج، د-45 °1M46J يوني
أ، ب، ج، د+ 45 درجة1M46J يوني
ف 1.4 (رينف)ب0°2M46J يوني
أ، د، ج90°1M46J يوني
أ، د90°2M46J يوني
1.5 ف (رينف)د0°1T800 الساتان
د90°3M46J يوني
د0°1T800 الساتان
د0°3M46J يوني
ف 1.6العالمية0°1T800 الساتان
المرحلة الثانية
p = 1، 5 بار؛ t = 2 ح؛ T = 1110 درجة مئوية
ف 2.1العالمية/1الفيلم لاصقة
ف 2.21، 2، 3/1نومكس 14 مم-32 كجم/م ^ 2
ف 2.31 باء، دال، 0/1نومكس 9 ملم-32 كجم/م ^ 2
ف 2.4العالمية/1الفيلم لاصقة
المرحلة 3
p = 6 بار؛ t = 2 ح؛ T = 135 درجة مئوية
ف 3.1العالمية0°1T800 الساتان
ف 3.2 (رينف)د0°3M46J يوني
د0°1T800 الساتان
د90°3M46J يوني
د0°1T800 الساتان
ف 3.3 (رينف)أ، د90°2M46J يوني
أ، د، ج90°1M46J يوني
ب0°2M46J يوني
ف 3.4 (رينف)أ، ب، ج، د+ 45 درجة1M46J يوني
أ، ب، ج، د-45 °1M46J يوني
ج+ 45 درجة1M46J يوني
ج-45 °1M46J يوني
د0°2M46J يوني
ف 3.51b0°M46J يوني
3-45 °1M46J يوني
290°1M46J يوني
10°1M46J يوني
ف 3.6العالمية+ 45 درجة1T800 الساتان

الجدول 1: تسلسل التصفيح الشاسيه. هذا الجدول يبين مواصفات وضع المتابعة لمجالات مختلفة من الهيكل، المحددة في الشكل 7. وهي مقسمة إلى ثلاث مراحل مختلفة التصفيح التي تتم في التسلسل.

حالما يتم تحديد بنية الهيكل، تتم إضافة قفص لفة تيتانيوم وفقا للقواعد السباق20، ويتم تشغيل الاختبارات العددية المحددة للتحقق من مقاومة السيارة ككل، وفي الغالب، نظراً لغياب تسلل نونستروكتورال أجزاء نحو شاغليها. في الشكل 8، تظهر اتجاهات ما يعادل تأثير الأحمال الثابتة، وفي الشكل 9 تشريد المقابلة يمكن تقييم خرائط. في هذه المرحلة، يتم استخدام هندسة تخطيطي فقط للحساب، بينما يستخدم هندسة كاملة للتحقق النهائي من تحطم اختبار.

figure-results-4
الشكل 8: تحطم--ما يعادل حمولة ساكنة الاتجاهات. وفقا للنظام الأساسي، يتم تحميل هيكل السيارة بقوة ثابتة تساوي ز 6 مرات الكتلة الإجمالية في الاتجاهات التي تظهر في الصورة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-5
الشكل 9: خريطة عمليات النزوح محسوب. وهذا الرقم يبين مثالاً لعمليات النزوح المحسوبة في الحالات المحددة في الشكل 8. يجب أن يكون التشريد أقل من 25 مم في أي منطقة بالقرب من شاغليها. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

سبرينغ: نتائج البروتوكول هي الأمثل للربيع ورقة عرضية مركب مع القدرة المضادة الأسماء. وقد تصميمها لتلبية مختلف الاحتياجات المحددة: إجهاد أدناه واحد المواد المسموح للحمولة القصوى، وصلابة معينة، ووزن الحد أدنى. من أجل تلبية جميع هذه الشروط، يعرض نموذج تحليلي الأمثل. وبفضل هذا النموذج، فمن الممكن سرعة الحصول على هندسة الأمثل ووضع المتابعة المفاهيمي. تم التحقق من دقة النموذج بطريقة العناصر المحدودة وإجراء اختبار تجريبي في فصل ربيع ورقة 1/5-تحجيم. سبرينغ المحجمة معتمد مزدوجة في المركز (الذي يمتد 100 ملم) وتحميلها في نهايات المقابلة الثقوب (التي تغطي 190 مم) مع 1000 N لكل جانب. هندسة محسنة ورقائق-كتاب الربيع أوراق ترد في الشكل 10 و الجدول 2، على التوالي.

figure-results-6
رقم 10: نموذج أمثل للهندسة سبرينغ. يظهر هذا الشكل هندسة سبرينغ المحجمة التي يتم اختبارها للكسر للتحقق من صحة نموذج عددي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

علاج اﻷوتوكﻻف
p = 6 بار؛ t = 2 ح؛ T = 135 درجة مئوية
ما يليها.القطاعزاويةجوانسمكالمواد
مم
وينتهي 10وينتهي 100°10.23TW T300 200 غم/م ^ 2
كل 200كل 2000°#1T1000 أإن 100 جرام/m ^ 2
125 المركزية125 المركزية0°10.23TW T300 200 غم/م ^ 2
175 المركزية175 المركزية0°10.23TW T300 200 غم/م ^ 2
كل 200كل 2000°10.23TW T300 200 غم/م ^ 2
175 المركزية175 المركزية0°10.23TW T300 200 غم/م ^ 2
125 المركزية125 المركزية0°10.23TW T300 200 غم/م ^ 2
كل 200كل 2000°#1T1000 أإن 100 جرام/m ^ 2
وينتهي 10وينتهي 100°10.23TW T300 200 غم/م ^ 2

الجدول 2: تسلسل التصفيح الربيع ورقة- هذا الجدول يبين مواصفات وضع المتابعة لمناطق مختلفة من نبات الربيع.

وفقا لنموذج تحليلي، ينبغي سبرينغ تشريد 12.2 مم كحد أقصى ووضع الانحناء الإجهاد 970 الآلام والكروب الذهنية، ثابت بين يدعم وسط اثنين كحد أقصى.

تم إجراء تحليل العناصر المحدودة كما هو موضح في "الخطوة 2-7" من البروتوكول، وترد النتائج في الشكل 11. الضغط في الاتجاه الرئيسي figure-results-7 على السطح الخارجي لورقة الربيع على طول محورها الرئيسي هو المرسومة في الرسم البياني. وهو تقريبا ثابتة بين فترة وعلى قدم المساواة إلى 922 الآلام والكروب الذهنية، وثم، يقلل خطيا نحو نقطة تحميل التطبيق. وعلى الرغم من figure-results-8 كونها أقل بكثير من التوتر الضغط الأقصى للمواد (1,450 الآلام والكروب الذهنية)، معيار الفشل هاشين ثلاثي الأبعاد المرسومة في يظهر الرقم 10 منطقة مع مؤشر عدم تجاوز 1، الذي يحدث بسبب فشل الألياف (الضوء الأحمر) وهو رقائق تبحر، الناجم عن انقطاع الأساسية المرتبطة بتغيير مفاجئ في الهندسة للمكتب المصغر الخارجية. كل حين، تشريد حسبتها فيم عند نقطة تحميل التطبيق 12.8 مم.

figure-results-9
رقم 11: الانحناء المحاكاة العددية على نموذج عنصر محدود سبرينغ. هذا الرقم يظهر نتائج المحاكاة فيم على سبرينغ المحجمة من حيث مؤشر فشل هاشين والإجهاد الرئيسية كحد أقصى. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

وقد سبرينغ المحجمة بغية التحقق من موثوقية النماذج التحليلية والعددية، كما اقترح هذا الإجراء، يمكن اختباره تجريبيا. النتائج، وذكرت في الرسم البياني ل الرقم 12، يظهر الحد أقصى لتحميل قبل كسر 1,980 ن (990 N لكل جانب)، مع تشريد 15.1 ملم كحد أقصى. ولذلك، فيما يتعلق بالحد الأقصى من التشرد، النموذج التحليلية والعددية نقلل من حسب-19% و-15 في المائة، على التوالي. من المثير للاهتمام، فشل الوضع والأضرار موقع الاحتفال في العينة المختبرة (الشكل 11) تتفق مع نتائج النموذج العددي.

figure-results-10
الشكل 12: أربع نقاط الانحناء الاختبار التجريبي على نموذج المحجمة من نبات الربيع. يظهر هذا الشكل منحنى الإعداد والتشريد تحميل الاختبار سبرينغ المحجمة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

تحطم اختبار: تحليل العناصر المحدودة يمكن أن تنتج نتائج واقعية لدعم المهندسين في فهم سلوك المركبات تحت سيناريوهات مختلفة من تحطم الطائرة. بدلاً من تشغيل ظروف الحياة الواقعية، أنها أكثر كفاءة من حيث الوقت وفعالة من حيث التكلفة لمحاكاة حوادث السيارات باستخدام البرمجيات التجارية مثل ANSYS. النتائج الحالية مثال على الكيفية التي يمكن أن تسهم بها هذه المحاكاة في الأوساط الهندسية السيارات.

نموذج عنصر محدد ديسكريتيزيد من السيارة قدمت عددا من العناصر والعقد 79950 و 79822، على التوالي. كشرط أولى، أنها اعتمدت بسرعة تأثير على بعد 60 كم/ساعة، حيث انخفضت الطاقة الحركية للسيارة في حوالي 0.3 ثانية (الشكل 13)، يتم تحويلها إلى جهة الاتصال والطاقة الداخلية داخل هيكل السيارة.

figure-results-11
الشكل 13: تحطم اختبار مخططات الطاقة. وتظهر هذه اللوحات تحطم اختبار مخططات الطاقة من الطاقة الحركية (أ) و (ب) الطاقة الداخلية. تصوير الخرائط تدفقات الطاقة النموذجية خلال حادث تحطم الطائرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

من مخطط الإجهاد عينة في الرقم 14A، يمكن تقييم حالة سلامة المركبات. وهذا من الأهمية بمكان تحديد الأضرار المحتملة على سلامة الركاب، كما أنه سيكون في حالة بار قفص خففت يحتمل أن تكون الأسماء أو مفرزة من المقاعد أو حتى إزاحة شريط توجيهي نحو السائق. عمليات النزوح الأكثر بروزا في هذه القضية هو مبين في الشكل 14B تتكون داخل نطاق 95 مم، وتحدث كل الجزء الأمامي من السيارة، بسبب الصدمة، وفي الحانات قفص لفة المرفقة بالمقاعد.

figure-results-12
رقم 14: ملامح نموذجية الإجهاد يعادل الحد الأقصى والتشرد كحد أقصى خلال test. تحطم أمامي هذه اللوحات إظهار الإجهاد (A) ما يعادل) و (ب) التشرد. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

المناقشة

من الجدول 1، من الممكن أن نلاحظ أن لاميناس واحد غير متناظرة، بينما شطيرة كاملة. هذا سبب ضرورة وجود كلا أقل عدد من الطيات والحد الأدنى التكنولوجية، والخصائص الميكانيكية المطلوبة.

على جانب واحد، علامة القسم 1/1، 2، 3 في الشكل 7 المسؤولة عن الخصائص الميكانيكية عموما، يجري التوجه لرقائق أحادي الاتجاه التعزيز عالية القوة والفرق الرئيسي بينهما. على الجانب الآخر، تميز الأقسام ألف، باء، جيم ودال هي تعديلها تأخذ في الاعتبار الأحمال المركزة من أنظمة التعليق ومقاعد الركاب، نظراً لوجود أوراق الينابيع.

ويستند نموذج عنصر محدد يستخدم لتحليل الهيكل المركب طبولوجيا شل. شل عناصر خياراً مناسباً لإعادة إنتاج هياكل المركب، كما أنها تميل إلى التقاط صلابة الانحناء الهيئات رقيقة الجدران مع الشبكات أبسط بكثير من العناصر الصلبة. من ناحية أخرى، تلجأ إلى شل متوالية أو العناصر الصلبة ينبغي النظر عند نمذجة الهياكل ساندويتش سميكة أو المناطق ذات التدرجات الإجهاد الحاد؛ نسبية نقاش حول عناصر شل shell واستمرارية تقدم24،25.

والهدف الرئيسي من تحليل ثابت هو التحقق من أن صلابة وقوة للهيكل يفي بالمتطلبات. تصلب الشروط مباشرة بالتأكد من أن تشوه السيارة تحت كل حالة حمل في حدود اللوائح (أي، أي جزء من المركبة تخترق الغرفة شاغلي). تقييم القوة للهيكل يستند إلى تقييم الأضرار هاشين في26 من الطيات المركبة؛ أي يجب أن تكون معلمات هاشين لدقة أقل من 1. أوضاع ضارة مختلفة تسهم في فشل العالمية للمركب صفح، استخدام معايير الأضرار التراكمية (مثلاً، في هاشين) ينصح؛ يمكن أن يكون الإجهاد أقصى معايير مناسبة للمكونات المعدنية.

الأدب قد اقترحت حلول مختلفة للتصميم الأمثل للينابيع أوراق مركبة خفيفة الوزن، ولكن معظمهم من الاتصال فقط عجلة واحدة27،28 (لا قدرة أنتيرول) أو تصلح فقط لضخ العفن التكنولوجيا (مدبب مزدوجة)29. تصميم سبرينغ المعروضة هنا هي مقيدة مسبقاً قبل بريبريج الترقق العملية، التي لا تسمح بحل تصميم مدبب مزدوجة ولكن يضمن قوة مادية عالية وموثوقية.

الجانب الابتكاري الربيع أوراق الدمج الوظيفي لهذين العنصرين في أحد (الربيع وشريط أنتيرول) والميزة الرئيسية هو الحد الشامل. وعلاوة على ذلك، وبفضل النموذج التحليلي المقترح، فمن الممكن زيادة الحد الشامل والحصول على الهندسة المثلى سريعة لتعيين الحد الأقصى للتحميل والتشرد.

الضغوط المحلية والخروج من الطائرة منها والتي لا يمكن أن يقدرها نموذج تحليلي، يتم تقييمها بواسطة طريقة العناصر المحدودة، وعلى غرار الطبقات واحد مركب سبرينغ بعناصر الطوب. هذا الحل حسابياً أثقل من استخدام قذائف ولكن يسمح، في تركيبة مع هاشين، معايير فشل ثلاثي الأبعاد للتنبؤ تنسل الأطراف الناتجة عن الأحمال الخروج من الطائرة، واحد جوانب حاسمة لتصميم سبرينغ. أخيرا، وقد تم التحقق من صحة النماذج التحليلية والعددية لتصميم أوراق الربيع بإجراء اختبار تجريبي في فصل ربيع أوراق المحجمة.

تحطم اختبار، وفيما يتعلق بتشريد القفص لفة، مرتفعة نسبيا على الرغم من أنها لا تمثل مبعث قلق، يعزى أساسا إلى تخطيط شريط به الجبهة. شكله نونكورفيد والطريقة الحادة التي يتم وضعها، مع لا المنحنيات وفي زاوية حادة مع اتجاه الأثر، المسؤولة عن نقل معظم الطاقة التي ينبغي استيعابها بالهيكل المعدني للقفص لفة، الذي له هدف هيكلية مميزة . لهذا السبب، يتم دفع القفص لفة إلى الجزء خلفي السيارة، والتسبب إجهاد مرتفعة في مناطقه مرفق للمقاعد. من المهم أن نلاحظ أنه على الرغم من سلامة أي الميزات التي يحتمل أن يمكن تحسين، وتشوه الحد الأدنى في monocoque وحقيقة أن أية مكونات اخترقت/مثقب الآخرين تجعل من الواضح أن يعتبر تصميم المركبة آمنة بخصوص البلاستيك.

ولذلك، يعتبر التصميم الهيكلي للسيارة ككل قد تم الأمثل من حيث استخدام المواد، حيث يتم الحساب واسعة أظهرت في البروتوكول الأساسي لتصميم monocoque وأوراق الينابيع التي صممت لتكون الضوء، وأن يقدم تعزيز أداء ميكانيكي. وعلاوة على ذلك، من خلال حادث تحطم عددية اختبار المحاكاة، وهيكل السيارة أثبتت أنها قادرة على الصمود بنجاح الزخم الذي يستدل بأثر كاملة أمامية النظر في متوسط سرعة السيارة على كفاءته النشطة الأمثل.

الإفصاحات

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

الكتاب أريد أن أشكر جميع أعضاء "رابطة الرياضة Solare أوندا" (www.ondasolare.com) للدعم الأساسي ولوكوفتش ماركو الذي كان مصمم الطراد الجمالية. وقد تحقق هذا النشاط البحثي بدعم مالي من الاتحاد الأوروبي ومنطقة إميليا رومانيا داخل بور-فيسر 2014-2020، 1 المحور، والبحث والابتكار.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
CFRP Tpull T300 200g / m ^ 2ImpregantexGG 204T2 IMP 503Z 46٪
CFRP UD STS 150 جم / م ^ 2DeltaPregSTS-150 - DT150 - 36٪
CFRP UD M46J 150 جم / م ^ 2CytecMTM49-3 M46J (12 كيلو) 36٪
CFRP UDT1000 150CytecX01 - 36٪ T1000 (12K)
قرص العسلDuPontNomex 9-14 مم
آلة الاختبار العالمية (UTM)InstronInstron 8033 250 kN
FEMAnsysAnsys 18
الحوسبة العددية البيئةMatworks Matlab R2018a

المراجع

  1. Popular Mechanics Magazine. 104 (3), Hearst Magazines. (1955).
  2. Thacher, E. F. A Solar Car Primer, A Guide to the Design and Construction of Solar-Powered Racing Vehicles. , Springer. (2015).
  3. Minak, G., Fragassa, C., de Camargo, F. V. A brief review on determinant aspects in energy efficient solar car design and manufacturing. Smart Innovation, Systems and Technologies. 68, 847-856 (2017).
  4. Tamura, S. Teijin advanced carbon fiber technology used to build solar car for world solar challenge. Reinforced Plastics. 60, 160-163 (2016).
  5. Kin, W. D., Kruger, S., van Rensburg, N. J., Pretorius, L. Numerical assessment of aerodynamic properties of a solar vehicle. ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , San Diego. (2013).
  6. Betancur, E., Mejía-Gutiérrez, R., Osorio-Gómez, G., Arbelaez, A. Design of structural parts for a racing solar car. Advances on Mechanics, Design Engineering and Manufacturing. Proceedings of the International Joint Conference on Mechanics, Design Engineering & Advanced Manufacturing (JCM 2016, 14-16 September, 2016, Catania, Italy). Eynard, B., Nigrelli, V., Oliveri, S. M., Peris-Fajarnes, G., Rizzuti, S. , Springer. 25-32 (2017).
  7. Joost, W. Reducing vehicle weight and improving U.S. energy efficiency using integrated computational materials engineering. Journal of the Minerals, metals, and Materials Society. 64, 1032-1038 (2012).
  8. Paterson, G., Vijayaratnam, P., Perera, C., Doig, G. Design and development of the Sunswift eVe solar vehicle: a record-breaking electric car. Journal of Automobile Engineering. 230, 1972-1986 (2016).
  9. Betancur, E., Fragassa, C., Coy, J., Hincapie, S., Osorio-Gómez, G. Aerodynamic effects of manufacturing tolerances on a solar car. Smart Innovation, Systems and Technologies. 68, 868-876 (2017).
  10. de Kock, J. P., van Rensburg, N. J., Kruger, S., Laubscher, R. F. Aerodynamic optimization in a lightweight solar vehicle design. ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , Montreal. 1-8 (2014).
  11. Sancraktar, E., Gratton, M. Design, analysis, and optimization of composite leaf springs for light vehicle applications. Composite Structure. 44, 195-204 (1999).
  12. de Camargo, F. V., Fragassa, C., Pavlovic, A., Martignani, M. Analysis of the suspension design evolution in solar cars. FME Transactions. 45 (3), 394-404 (2017).
  13. Hurter, W. S., van Rensburg, N. J., Madyira, D. M., Oosthuizen, G. A. Static analysis of advanced composites for the optimal design of an experimental lightweight solar vehicle suspension system. ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , Montreal. (2014).
  14. de Camargo, F. V., Giacometti, M., Pavlovic, A. Increasing the energy efficiency in solar vehicles by using composite materials in the front suspension. Smart Innovation, Systems and Technologies. 68, 801-811 (2017).
  15. Mathijsen, D. Redefining the motor car. Reinforced Plastics. 60, 154-159 (2016).
  16. Liu, Q., Lin, Y., Zong, Z., Sun, G., Li, Q. Lightweight design of carbon twill weave fabric composite body structure for electric vehicle. Composite Structures. 97, 231-238 (2013).
  17. Gay, D. Composite Materials: Design and Applications. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2014).
  18. Poodts, E., Panciroli, R., Minak, G. Design rules for composite sandwich wakeboards. Composites Part B: Engineering. 44 (1), 628-638 (2013).
  19. ASTM D7264. Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
  20. ASTM D2344. Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
  21. Rondina, F., et al. Development of full carbon wheels for sport cars with high-volume technology. Composite Structures. 192, 368-378 (2018).
  22. American Solar Challenge 2018 Regulations. Revision B, September 4, 2017. , Available from: http://americansolarchallenge.org/ASC/wp-content/uploads/2017/09/ASC2018-Regs-External-Revision-B.pdf (2017).
  23. Sodena, P. D., Kaddourb, A. S., Hinton, M. J. Recommendations for designers and researchers resulting from the world-wide failure exercise. Composites Science and Technology. 64, 589-604 (2004).
  24. Zenkert, D. An Introduction to Sandwich Construction. Engineering Materials Advisory Services Ltd. , (1995).
  25. Barbero, E. J. Finite Element Analysis of Composite Materials Using AbaqusTM. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2013).
  26. Hashin, Z. Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites. Journal of Applied Mechanics. 47 (2), 329-334 (1980).
  27. Yu, W. J., Kim, H. C. Double Tapered FRP Beam for Automotive Suspension Leaf Spring. Composite Structures. 9, 279-300 (1988).
  28. Shokrieh, M. M., Rezaei, D. Analysis and optimization of composite leaf spring. Composite Structures. 60, 317-325 (2003).
  29. Wood, K. Composite leaf springs: Saving weight in production. , Available from: https://www.compositesworld.com/articles/composite-leaf-springs-saving-weight-in-production-suspension-systems (2014).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تصميم المركبات الشمسيةمركبات ألياف الكربونتحليل العناصر المحدودةتصميم تسلسل الرقائقتحليل النوابض الورقيةمحاكاة اختبار التصادمANSYS Workbenchنمذجة تراكب المواد المركبةمعايير هاشين للفشلالأمثلة الهيكلية
التصميم الهيكلي والتصنيع من طراد فئة السيارة الشمسية
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.