Name: Konstruktion und Herstellung von einem Cruiser Klasse Solar Fahrzeug (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 57 s
Description: Erfahren Sie die Konstruktion eines Solarfahrzeugs aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff mit Finite-Elemente-Modellierung. Diese Methode optimiert Monocoque-Chassis und Blattfedern für Crash-Tests und Leichtbau.

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Die Autoren möchten alle Mitglieder der Onda Solare Sport Association (www.ondasolare.com) bedanken, für ihre Unterstützung und Marko Lukovic, der ästhetischen Designer des Kreuzers war. Diese Forschungsarbeit wurde mit finanzieller Unterstützung der Europäischen Union und der Region Emilia-Romagna im Inneren der POR-FESR 2014-2020, Achse 1, Forschung und Innovation realisiert.

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Von Tabelle 1kann man feststellen, dass die einzelnen Lamellen nicht symmetrisch, während das ganze Sandwich ist. Dies resultiert aus der Notwendigkeit, die beide am wenigsten Anzahl der lagen, das technologische Minimum und die gewünschten mechanischen Eigenschaften.
Auf der einen Seite der Abschnitt markiert als 1/1 b, 2, 3 in Abbildung 7 ist verantwortlich für die allgemeinen mechanischen Eigenschaften, wird die Ausrichtung der hochfesten Verstärkung unidirektionale lagen der Hauptunterschied zwischen ihnen. Auf der anderen Seite die Abschnitte gekennzeichnet als A, B, C und D geändert, um die konzentrierten Lasten die Tragsysteme und die Passagiere sitzen, wegen des Vorhandenseins der Blattfedern berücksichtigen.
Die finite-Elemente-Modell für die Analyse des composite Chassis verwendet basiert auf einer Shell-Topologie. Schalenelemente sind eine geeignete Option für zusammengesetzte Strukturen zu reproduzieren, da sie neigen, die Biegesteifigkeit des dünnwandigen stellen mit wesentlich einfacher Netze als solid-Elemente zu erfassen. Auf der anderen Seite sollten Rückgriff auf Kontinuum Shell oder solid-Elemente berücksichtigt werden, wenn dicken Sandwich-Konstruktionen oder Regionen mit steilen Spannungsverläufe Modellierung; eine vergleichende Diskussion über Shell und Kontinuum Schalenelementen ist24,25vorgesehen.
Das Hauptziel der statischen Analyse ist sicherzustellen, dass die Steifigkeit und Festigkeit der Struktur den Anforderungen. Steifigkeit Anforderungen werden erzwungen, direkt indem sichergestellt wird, dass die Deformation des Fahrzeugs unter jeden Lastfall innerhalb der Grenzen des Reglements ist (d.h.kein Teil des Fahrzeugs dringt die Bewohner Zimmer). Bewertung der Stärke der Struktur basiert auf Bewertung Hashin der Schaden26 von der Verbundlagen; Hashin Parameter müssen nämlich strikt kleiner als 1 sein. Wie schädlich Modi zu globalen Störung des Verbundes beitragen Laminat, die Verwendung der kumulative Beschädigung Kriterien (z.B., Hashin der) wird empfohlen; maximale Spannung Kriterien könnte für metallische Bauteile geeignet.
Die Literatur hat verschiedene Lösungsvorschläge für die Entwurfsoptimierung leichte zusammengesetzte Blattfedern, aber die meisten von ihnen nur ein einzelnes Rad27,28 (keine gepolsterten Capability) verbinden oder eignen sich nur für den Aufguss Formenbau Technologie (Doppel-konisch)29. Das Design der hier vorgestellten Blattfeder ist eingeschränkte a priori durch das Prepreg Laminieren Prozess, der keine Doppel-konische Design-Lösung erlaubt aber garantiert hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit.
Der innovative Aspekt der Blattfeder ist die funktionale Integration der beiden Komponenten in einem (der Frühling und der gepolsterten Bar) und der Hauptvorteil ist der Massenreduktion. Dank der vorgeschlagenen Berechnungsmodell ist es darüber hinaus möglich, weiter reduzieren die Masse und die optimale Geometrie schnell für die eingestellte maximale Last und Verdrängung.
Die lokalen Spannungen und Out-of-Plane diejenigen, die durch das Berechnungsmodell geschätzt werden kann nicht, sind nach der finite-Elemente-Methode ausgewertet und die Blattfeder zusammengesetzte Einzellagen mit Ziegelelementen modelliert werden. Diese Lösung ist rechnerisch schwerer als mit Muscheln sondern ermöglicht in Kombination mit Hashin, 3D Versagenskriterien Delamination Vorhersagen durch Out-of-Plane Lasten verursacht, die ein kritischer der Blattfeder Design Aspekt. Zu guter Letzt wurden die analytische und numerische Modelle für die Gestaltung der Blattfeder durch einen experimentellen Test auf einer skalierten Blattfeder validiert.
Über den Crash-Test die relativ hohe Verschiebung der Überrollkäfig, obwohl es keinen Anlass zur Sorge, darstellt ist vor allem das Layout seiner Frontbügel zugeschrieben. Seine noncurved Form und die akute Art und Weise, in dem es, keine Kurven und auf einen spitzen Winkel mit der Schlagrichtung platziert wird, ist verantwortlich für die Übertragung von die meiste Energie, die vom Chassis, Überrollkäfig, aufgenommen werden sollte, die ein deutlicheres strukturelle Ziel hat . Aus diesem Grund ist der Überrollkäfig im hinteren Teil des Fahrzeugs, verursacht eine erhöhte Belastung auf seiner Anlage-Regionen, die Sitze geschoben. Es ist wichtig zu bemerken, dass trotz Sicherheit Eigenschaften, die möglicherweise verbessert werden könnte, die minimale Verformung das Monocoque und die Tatsache, dass keine Komponenten durchdrungen/andere perforiert deutlich zu machen, die das Design des Fahrzeugs gilt sicher über den Crash.
Deshalb ist das strukturelle Design des Fahrzeugs als Ganzes angesehen, in Bezug auf Materialeinsatz, optimiert wurden, wo die umfangreiche Berechnung zeigte im Protokoll entscheidend für die Gestaltung von einem Monocoque und für die Blattfedern, die zugeschnitten wurden ist, werden Licht und eine verbesserte mechanische Leistung zu präsentieren. Testen Sie darüber hinaus durch eine numerische Crash Simulation, die Fahrzeugstruktur gezeigt, dass es die Dynamik, abgeleitet von einem voll-frontale Auswirkungen unter Berücksichtigung der mittleren Geschwindigkeit des Autos auf seine optimale Energieeffizienz erfolgreich standhalten.

Ein Solarauto ist ein solar-angetriebene Fahrzeug für den Landverkehr. Das erste Solarauto wurde 1955 vorgestellt: es war eine winzige 15-Zoll-Modell, bestehend aus 12 Selen-Photovoltaik-Zellen und einem kleinen Elektromotor1. Seit diesem erfolgreichen Demonstration wurden große Anstrengungen unternommen weltweit, die Machbarkeit der solar-nachhaltige Mobilität zu beweisen.
Das Design eines solar Fahrzeug2 ist um den Betrag der Energieeintrag in das Auto, die unter normalen Bedingungen ziemlich begrenzt ist, stark eingeschränkt. Einige Prototypen wurden für den öffentlichen Gebrauch konzipiert, obwohl keine Autos, die in erster Linie von der Sonne angetrieben im Handel erhältlich sind. In der Tat scheinen solar-Autos weit von einer gemeinsamen Nutzung im Alltag ihre aktuellen Grenzen, insbesondere im Hinblick auf Kosten, Reichweite und Funktionalität gegeben. Zur gleichen Zeit, sie vertreten einen gültige Prüfstand für die Entwicklung neuer Methoden, auf den Ebenen der Konstruktion und Fertigung, Kombination in der Regel verwendet in fortschrittlichen Branchen wie Luft-und Raumfahrt, alternative Energie, Technologie und Automotive. Darüber hinaus wurden die meisten solar-Autos zum Zwecke der solar-Auto-Rennen, blasoniert Veranstaltungen auf der ganzen Welt, deren Teilnehmer sind vor allem Universitäten und Forschungszentren, die der Suche optimale Lösungen für jedes technische Problem Prahlerei werden gebaut. Insbesondere haben die Organisatoren der wichtigsten Wettbewerbe (z. B.der World Solar Challenge) eine Strategie der Entwicklung der Rasse Verordnungen angenommen, die darauf abzielen, diese extreme Fahrzeuge so nah wie möglich an den traditionellen bringen Transportmittel. Insbesondere nach vielen Jahren in denen die Fahrzeuge wurden Einsitzer und entwickelt die Route als schnell wie möglich, emergent Kategorie Kreuzer Fahrzeuge Reisen wurde vor kurzem eingeführt und entwickelt für den effizienten Transport von mehr Passagiere.
Für diese Fahrzeuge sind die technischen Voraussetzungen noch strenger geworden. In der Tat nicht nur haben sie die maximale Energie-Effizienz zu garantieren, sondern sie müssen auch komplexere technische Bedingungen für unterschiedliche Funktionen erfüllen. Zum Beispiel macht die Möglichkeit für den Transport einer größeren Zahl von Insassen es schwieriger, die Sicherheit und Fahrbarkeit garantieren. Das Bestreben ist komplizierter wegen der allgemeinen Gewichtszunahme und die Notwendigkeit, einen viel größeren Akku einsetzen, während Innenräume reduziert werden müssen, macht die Positionierung der Mechanik schwierig gemacht.
Eine neue Design-Philosophie muss angegangen werden, einschließlich eine andere Sichtweise der verwendeten Materialien und Fertigung. Erstens Materialien müssen ausgewählt werden, basierend auf dem höchsten Stärke-zugewicht Verhältnis und als direkte Folge, Carbon-verstärkte Faser-Kunststoff stellen eine optimale Lösung. Darüber hinaus müssen spezifische Strategeme im Design umgesetzt werden.
In diesem Artikel werden die Verfahren eingesetzt, um einige der wichtigsten Bauteile des solar Fahrzeugs, z. B. das Monocoque-Chassis, die Aufhängung und sogar eine rechnerische Crashtest design dargestellt. Der endgültige Umfang ist ein solar-Fahrzeug mit dem geringst möglichen Gewicht im Abtausch mit Aerodynamik und Rennen Regeln schnell zu erhalten.
Natürlich ist die Suche nach dem optimalen Material in Bezug auf das Verhältnis zwischen Widerstand und Gewicht von der Technologie beschäftigt, die Autoklaven-Spritzgießen von CFK Prepregs ist eingeschränkt. Die gewählten Methoden soll der schnellen Bestimmung der optimalen Materialauswahl im Hinblick auf Ply Typologie innerhalb eines begrenzten Möglichkeiten und Lay-up. In der Tat gestalten mit Verbundwerkstoffen bedeutet die gleichzeitige Wahl der geometrischen Eigenschaften die Abschnitte, die bestimmten Materials und der geeigneten Technologie (, dass im vorliegenden Fall präsentiert hier, war bestimmt ein priori, wie es oft geschieht).
Mehrere renommierte Langstrecken Leistung Wettbewerbe für solar Elektrofahrzeuge haben stattgefunden in den letzten Jahrzehnten weltweit mit Top-Rang Universitäten und Forschungszentren, wer die wichtigsten Akteure der Förderung für die Entwicklung der Mobilität sind Technologie. Allerdings ist die Wettbewerbsfähigkeit, die in diesem Forschungsfeld im Bündnis mit geistigem Eigentum Grenzen läuft ein ernst limitierender Faktor für die Verbreitung des Wissens über die Angelegenheit. Denn deshalb die Literaturübersicht auf solar-Auto Design entfallen einige (und manchmal veraltet) Referenzen, selbst wenn ganze Forschungen basieren auf dieser Umfrage3, warum werden die Realisierung von Arbeiten wie dem vorliegenden gefördert.
Unabhängig von welcher Aspekt der Fahrzeug-Design verbessert wird, ein gemeinsames Ziel immer richtet sich an: die Verwirklichung von mehr Energieeffizienz. Produktive Veränderungen im Design nicht basieren immer auf modernste Technologien, wie sie bloß, auf die Mechanik beruhen können wie senken den Schwerpunkt des Fahrzeugs um seine Stabilität zu erhöhen (das ist besonders wichtig für Wettbewerbe in Wüste Regionen4 durch Seitenwind Böen5) oder Verringerung des Gewichts des Fahrzeugs Teile6-von denen 10 % der gesamten Gewichtsreduktion in Elektrofahrzeugen bis zu 13,7 % im Bereich der Energieeinsparung7entnehmen kann. Gründliche Energie-Management-Strategien werden auch häufig in Rennveranstaltungen verwendet gewährleisten die bestmögliche Leistung, wo spannende Höchstgeschwindigkeiten von 130 km/h und einzelne Entgelte, die für mehr als 800 km lang im Cruiser-Klasse Autos8erhalten Sie.
Die Studie des Fahrzeugs Aerodynamik5,9,10 ist wichtig, wenig Widerstand von Luft und Glätte während der Fahrt sicherzustellen, wo sind die wichtigsten Aspekte zu steuernden eine Reduzierung der CW-Wert lassen Sie das Auto bewegen, während die Ausgaben weniger Energie und den Auftriebsbeiwert, der negative zu garantieren, dass das Auto auf den Boden, selbst bei höheren Geschwindigkeiten sicher und stabil befestigt ist aufbewahrt werden müssen.
Ein weiterer wichtiger Parameter zu bemessen ist die Federung, die in der Regel in normalen Fahrzeugen mit dem alleinigen Zweck der Bereitstellung von Komfort, Stabilität und Sicherheit angewendet wird, aber auch in solar-Autos muss es Licht. Diesen wichtige Aspekt hat seit 199911 in Studien mit Fiberglas Blattfedern und in jüngerer Zeit mit Kohlefaser-12 erforscht, die als Querlenker Links13darstellen, hat nachweislich nicht nur Gewicht Reduzierung, sondern auch eine verbesserte Sicherheitsfaktor. Obwohl Doppelquerlenker-Suspensionen in solar-Autos14zweifellos öfter verwendet werden, hält die aktuelle Studie eine transversale Blattfeder gebaut mit Kohlefaser, dafür eine einfachere und leichtere Federungssystem mit reduzierten ungefederten.
Für die Herstellung des Gehäuses erwies sich der Bau eine Monocoque-Konstruktion aus Kohlefaser gewähren einen erheblichen Performance-Vorteil, als ein unverzichtbares Design-Einschränkung für die prominentesten bestehenden4,8 ,-15 -solar-Auto-Teams. Die Verwendung von Kohlefaser ist entscheidend für die Ausführung des Fahrzeugs berechnet, so dass die Teams, Fahrzeuge zu bauen, wo jeder von den strukturellen Komponenten (oder verschiedene Teile von die gleiche Struktur wie das Chassis) eine optimale Menge an Fasern in geschichtet hat Ausrichtungen. Dafür in diesem Werk, das Material, das durch Eigenschaften bewertet wurden standardisiert experimentelle Tests, wie die drei-Punkt-Biegeversuch und die interlaminare Schertest Stärke (ILSS).
Um Formstabilität während der Kur-Zyklus zu gewährleisten, erfolgt die Konstruktion in der Regel mit Vakuum Bagging und Autoklaven Guß4 auf Kohlefaser-Formen, die ihrerseits auf präzise gefräste High-Density-Schaum oder Aluminium Muster laminiert sind. Die Mehrheit der Teile besteht aus Sandwich-Strukturen (d.h.mit Fasern auf der Haut und extrem leichte Kernmaterialien, die dazu dienen, die Biegefestigkeit der Composite mit extrem niedrigem Gewicht zuschreiben). Darüber hinaus ist Kohlefaser auch vorteilhaft für höhere Schwingungs Sicherheit gegen Resonanz Phänomene12bietet.
Mit dem Ziel, die Sicherheit der Passagiere in Crash Ereignisse zu zertifizieren, beinhalten Crash-Tests in der Regel zeitaufwändig und unwirtschaftlich, experimentelle und destruktive Tests mit Probe-Fahrzeuge. Ein neuer Trend, der große Popularität gewinnt ist computersimulierte Crash-Test, wo diese Simulationen untersuchen die Sicherheit für die Fahrzeuginsassen während verschiedene Arten von Auswirkungen (z.B.volle frontale, Offset frontal, seitlich Auswirkungen und Roll-over) . Angesichts der Bedeutung der Durchführung einer Crashanalyse auf ein Straßenfahrzeug und die Durchführbarkeit der dabei durch numerische Modellierung, dieser Untersuchung sollen die wichtigsten Bereiche des solar Fahrzeugs in Bezug auf beide maximale Spannung und Verformung, um eine Hypothese der Verbesserung der Struktur zu ermöglichen.
Die numerische Crash-Test auf solar Fahrzeuge hiermit durchgeführt ist beispiellos. In Anbetracht des Mangels an Bibliographie zur Forschung und die spezifischen Regelungen für diesen innovativen solar-Auto-Ansatz nahm eine Anpassung, die die Auswirkungen des Fahrzeugs auf ein starres Hindernis mit der durchschnittlichen Geschwindigkeit hält. Dafür die Geometriemodellierung des Fahrzeugs und die Simulation (einschließlich Netz Verfassung und Simulation Setup) wurden durchgeführt auf verschiedene geeignete Software. Die Verwendung von Carbon-Fasern für die Fahrzeugstruktur ist auch durch seine Crash-Verhalten, das bereits gezeigt worden ist, höher als die von anderen Materialien, wie Glas Faserverbundwerkstoffe auf Crash-Tests von Elektrofahrzeugen16gerechtfertigt.

<table><tbody><tr><td>CFK Köper T300 200g/m^2</td><td>Impregantex</td><td>GG 204T2 IMP 503Z 46%</td><td></td></tr><tr><td>CFRP UD STS 150g/m^2</td><td>DeltaPreg</td><td>STS-150 - DT150 - 36%</td><td></td></tr><tr><td>CFK UD M46J 150g/m^2</td><td>Cytec</td><td>MTM49-3 M46J (12K) 36%</td><td></td></tr><tr><td>CFK UDT1000 150</td><td>Cytec</td><td>X01 - 36% T1000 (12K)</td><td></td></tr><tr><td>Wabe</td><td>DuPont</td><td>Nomex 9-14 mm</td><td></td></tr><tr><td>Universalprüfmaschine (UTM)</td><td>Instron Instron</td><td>8033 250 kN</td><td></td></tr><tr><td>FEM</td><td>Ansys</td><td>Ansys 18</td><td></td></tr><tr><td>Numerisches Rechnen Umwelt</td><td></td><td>Matworks Matlab R2018a</td><td></td></tr></tbody></table>

konstruktion und herstellung von einem cruiser klasse solar fahrzeug

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

Kreuzer sind Multi-Insassen solar Fahrzeuge, die konzipiert sind, konkurrieren in Langstrecken (über 3.000 km) solar Rennen basierend auf den besten Kompromiss zwischen den Energieverbrauch und die Nutzlast. Sie müssen das Rennen Regeln bezüglich Abmessungen, Solarpanel-Größe, Funktionalität und Sicherheit und strukturelle Anforderungen, während die Form, die Materialien, den Antriebsstrang und die Mechanik gelten nach dem Ermessen des Designers. In diesem Werk sind die wichtigsten Aspekte des strukturellen Design-Prozesses eines Vollcarbon faserverstärkten Kunststoff solar Fahrzeugs aufgeführt. Insbesondere sind die Protokolle für das Design der Laminierung Sequenz das Chassis, die Blattfedern Strukturanalyse und Crash Test numerischen Simulation des Fahrzeugs, einschließlich der Sicherheitskäfig beschrieben. Die Komplexität der Design-Methodik von faserverstärkten composite-Strukturen wird durch die Möglichkeit der Anpassung ihrer mechanischen Eigenschaften und optimieren das Gesamtgewicht des Fahrzeugs kompensiert.

In dieser Arbeit im Zusammenhang mit verschiedene Aspekte der strukturellen Design-Prozess ein voll-Carbon-faserverstärkte Kunststoff solar Fahrzeug sind detailliert, mit Schwerpunkt auf das Monocoque-Chassis, die Blattfedern und testen Sie das Fahrzeug als Ganzes bei einem Absturz.

Konstruktion und Herstellung von einem Cruiser Klasse Solar Fahrzeug

Cruisers are multi-occupant solar vehicles that are conceived to compete in long-range (over 3,000 km) solar races based on the best compromise between ...

Cruiser sind Multi-Occupant-Solarfahrzeuge, die für Langstrecken-Solarrennen konzipiert sind, die auf dem besten Kompromiss zwischen Energieverbrauch und Nutzlast basieren. Sie müssen die Rennregeln in Bezug auf die Gesamtdimension, die Sicherheit und die mechanischen Anforderungen erfüllen, während der andere Aspekt wie Form, Materialien, Antriebsstrang und Mechanik von den Konstrukteuren bestimmt werden kann. In dieser Arbeit beschreiben wir einige der wichtigsten Aspekte des Bauentwurfsprozesses eines vollkohlenstofffaserverstärkten Kunststoff-Solarfahrzeugs.Gezeigt werden das Protokoll für die Auslegung der Laminierreihenfolge des Fahrgestells, der Strukturanalyse der Blattfedern und für die Crashtestsimulation des Fahrzeugs. Die Komplexität der Konstruktionsmethodik von faserverstärkten Verbundkonstruktionen wird durch die Möglichkeit kompensiert, ihre mechanischen Eigenschaften anzupassen und das Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu optimieren. Erstellen Sie nach der Entwicklung eines Kandidatengehäusedesigns ein Finite-Element-Shell-Modell.Importieren Sie das Gehäusedesign in die Finite-Elemente-Modellierungssoftware. Wählen Sie unter Materialien den Fasertyp aus, um die Eigenschaften eines faserverstärkten Polymers mit einem Kohlenstoff zu definieren. Wählen Sie das Elastic-Verhalten aus.Überprüfen Sie von dort aus, ob die technischen Konstanten geeignet sind. Sehen Sie sich als Nächstes die Hashin-Schadensparameter an. Stellen Sie sicher, dass sie die gewünschten Werte haben.Schließen Sie das Festlegen der Materialeigenschaften. Fahren Sie fort, um einen Composite Layups-Abschnitt zu erstellen. Hierbei wird jede kohlenstofffaserverstärkte Polymerschicht nach Reihenfolge, Material, Dicke und Drehwinkel definiert.Der nächste Schritt besteht darin, Netz auszuwählen, um die Verteilung diskreter Elemente zuzuweisen. Überprüfen Sie die Parameter des Globalen Netzsaats. Wählen Sie unter Netz erneut Elementtyp aus.Wählen Sie dann ein Element des Modells aus. Verwenden Sie den Shellelementtyp. Wählen Sie die quad-dominierte Elementform aus.Wenn Sanduhreffekte vernachlässigbar sind, wählen Sie Reduzierte Integration aus. Fahren Sie mit dem Zuweisen von Netzelementen fort. Wenn Sie bereit sind, das Netz zu generieren, kehren Sie zu Netz zurück, und wählen Sie Die Teile bestätigen, d. h. OK, um das Teil zu vernetzen.Sobald das Netz abgeschlossen ist, erstellen Sie unter Baugruppe eine Instanz des Gehäuses, auf das Lasten und Randbedingungen angewendet werden. Wechseln Sie zum Ordner Schritte. Wählen Sie dort das Analyseverfahren aus.Stellen Sie sicher, dass die Prozedur als statisch definiert ist. Überprüfen Sie außerdem, ob das nichtlineare Geometrieverhalten deaktiviert ist. Gehen Sie nun zu Loads, um mit der Anwendung der vorgeschriebenen Lasten zu beginnen.Geben Sie unter Körperkraft die Komponenten und die Verteilung für die Schwerkraft oder konstante Beschleunigung ein. Die Kraftrichtung wird im Fenster mit dem Modell angezeigt. Als nächstes identifizieren Sie konzentrierte Kräfte, wie sie von den Insassen geschuldet werden.Überprüfen Sie, ob sie an den richtigen Positionen auf dem Rahmen angewendet werden. Folgen Sie den gleichen Schritten für die konzentrierten Kräfte durch die Autobatterien. Nachdem die Lasten festgelegt wurden, wenden Sie die Randbedingungen an.Betrachten Sie das Chassis als unterstützten Körper, der durch externe Lasten betätigt wird, und identifizieren Sie die Abhängigkeitspositionen. Verwenden Sie angeheftete Randbedingungen. Um die Ausgabe zu definieren, wechseln Sie zu Feldausgabeanforderungen.Treffen Sie die gewünschte Auswahl. Überprüfen Sie, ob es sich bei der Domäne um Composite-Layouts handelt. Überprüfen Sie dann unter Spannungen, ob die Ausgabevariablen Spannungskomponenten und Invarianten sind.Überprüfen Sie außerdem unter Fehler/Fraktur. Dort sollten die Hashin-Ausgabedaten ausgewählt werden. Klicken Sie auf OK, wenn Sie zufrieden sind.Beginnen Sie unter Analyse mit dem Einrichten eines Einzelvorgangs. Benennen Sie den Auftrag, und definieren Sie die Quelle des Modells. Nachdem Sie auf Weiter geklickt haben, passen Sie ggf. die Einstellungen für die Computerumgebung an.Wählen Sie aus, ob Sie eine vollständige Analyse durchführen möchten. Wenn dies abgeschlossen ist, sind die Änderungen im Fenster ab) ab. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den erstellten Auftrag, und wählen Sie Senden aus, um ihn auszuführen.Verwenden Sie die Ausgabe, um ein Sperrbuch für einen Hersteller zu erstellen. Das Design beinhaltet eine Carbonfaser-Transversalblattfeder für ein einfaches und leichtes Federungssystem mit reduziertem ungefederten Gewicht. Die Blattfederkonstruktion muss im Rahmen des Gesamtprozesses bewertet werden.Simulieren Sie ein optimiertes Blattfederdesign im ANSYS Workbench Finite-Elemente-Simulator. Klicken Sie innerhalb von ACP Pre auf Engineering Data. Wählen Sie dann die Registerkarte "Datenquellen" aus.Wechseln Sie zum Ordner Verbundwerkstoffe, und importieren Sie die standardmäßigen Materialeigenschaften von Kohlenstoff, Unidirektion und gewebten Prepregs. Schließen Sie die Registerkarte "Engineering Data Sources". Klicken Sie als Nächstes mit der rechten Maustaste auf Geometrie.Klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf Geometrie importieren. Wählen Sie Durchsuchen aus, um die CAD-Datei zu suchen und auszuwählen, die ein Viertel der Blattfeder darstellt. Doppelklicken Sie nun auf Modell.Wenn das neue Fenster angezeigt wird, wird das Blattfedersegment angezeigt. Wählen Sie die Datei unter Modell aus. Weisen Sie unter Grafikeigenschaften eine beliebige Oberflächendicke zu.Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Modell, um Einfügen und von dort Named Selection auszuwählen. Verwenden Sie diese Funktion, um eine Layupzone zu definieren, indem Sie auf das hervorgehobene Feld Geometrie klicken, einen Bereich im Modell auswählen und anwenden. Wiederholen Sie diesen Vorgang für jede Zone, die für das Modell erforderlich ist.Wenn Sie fertig sind, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Mesh. Klicken Sie dann auf Netz generieren, um das Standardnetz zu generieren. Schließen Sie das mechanische Fenster, um fortzufahren.Öffnen Sie auf dem Bildschirm ACP Pre das Setup-Fenster. Um die Eigenschaften der Lage zu definieren, wechseln Sie zum Ordner Materialdaten. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Fabrics, und wählen Sie Fabric erstellen aus.Definieren Sie in dem geöffneten Fenster das Material. Weisen Sie dann die Prepreg-Dicke zu. Klicken Sie als Nächstes mit der rechten Maustaste auf Stackups, und folgen Sie dem, indem Sie Stackup erstellen auswählen.Definieren Sie im neuen Fenster die Unterlaminatstapelsequenz, indem Sie zum Dropdownmenü Fabrics wechseln und die erforderlichen Auswahlen für das Projekt treffen. Fahren Sie mit der Option Rosetten ordner fort, und klicken Sie mit der rechten Maustaste darauf, um eine Rosette zu erstellen. Klicken Sie im Fenster auf Ursprung und wechseln Sie zum Federmodell.Klicken Sie dort entlang der Blattfederachse, um die lokalen Koordinaten des Elements zu definieren. Schließen Sie das Fenster, um die Aufgabe abzuschließen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Ordner "Oriented Selection Set", und erstellen Sie einen Auswahlsatz.Wählen Sie für einen Elementsatz zuerst die Einträge und den Punkt aus. Klicken Sie in der Geometrie auf einen beliebigen Punkt, um den Ursprung zu definieren. Weisen Sie auch unter Rosetten die entsprechende Rosetta zu.Tun Sie dies für jeden Elementsatz. Öffnen Sie an dieser Stelle den Ordner Modelliergruppen. Die definierte Modellierungsgruppe wird angezeigt.Um eine Modellierungsgruppe zu erstellen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Ordner, und wählen Sie Modellierungsgruppe erstellen aus. Klicken Sie im neuen Fenster auf OK. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die neue Gruppe, und wählen Sie Ply erstellen aus. Definieren Sie einen orientierten Auswahlsatz, das Schichtmaterial und die Anzahl der Layer für jede Schicht.Wiederholen Sie diesen Schritt für jede Gruppe von Lagen, um die vollständige Stapelsequenz zu definieren. Schließen Sie das AKP-Fenster. Ziehen Sie aus der Toolbox die statische Strukturanalyse auf den Arbeitsbereich.Ziehen Sie dann ACP Pre Setup auf das Modell in Static Structural, und wählen Sie Solid Composite-Daten übertragen aus. Doppelklicken Sie unter Statischstruktur auf Modell. Wenden Sie nun Symmetrie- und Randbedingungen an.Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Static Structural, und wählen Sie Einfügen, gefolgt von Verschiebung. Wählen Sie als Nächstes die eingeschränkte Fläche der Geometrie aus. Beschränken Sie die entsprechenden Komponenten, indem Sie sie auf Null setzen.Befolgen Sie das gleiche Verfahren für die Kraft. Überprüfen Sie, ob die gewünschten Symmetrien eingehalten werden. Klicken Sie auf Lösen, um das Modell als linear elastisch zu lösen.Wechseln Sie im Projektschema zur Toolbox, und ziehen Sie ACP Post unter ACP Pre auf das Modell. Ziehen Sie die statische Strukturlösung auf die Ergebnisse unter ACP Post. Doppelklicken Sie dann unter ACP Post auf Ergebnisse.Um Fehlerkriterien zu erstellen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Menü Definition, und wählen Sie Fehlerkriterien erstellen aus. Wählen Sie in dem geöffneten Fenster Hashin als Fehlerkriterium aus. Wählen Sie Konfigurieren aus, und legen Sie die Dimension des Fehlermodus auf 3D fest.Ok die Änderungen, um zum Startbildschirm zurückzukehren. Klicken Sie nun mit der rechten Maustaste auf das Menü "Lösung", um Fehler erstellen auszuwählen. Wählen Sie im neuen Fenster die gewünschten Fehlerkriterien aus.Aktivieren Sie außerdem das Kontrollkästchen Auf Volumenkörper anzeigen. OK die Änderungen, bevor Sie auf das Blitzsymbol klicken, um die Fehlerkriterien ergebnisse zu bewerten. Für die Simulation eines Crashs können Sie ein komplettes CAD-Modell des Fahrzeugs entwickeln.Das Modell sollte alle wichtigen Komponenten, Lenk- und Aufhängungssysteme, Batterie, Sitze, Rollkäfig und Monocoque umfassen. Erstellen Sie aus diesem CAD-Modell ein Halbautomodell, um die bilaterale Symmetrie zu nutzen, um Berechnungen zu optimieren. Starten Sie ein neues Projekt in der Simulationssoftware ANSYS Finite-Elemente.Wechseln Sie unter Toolbox, Analysesysteme, zu Explicit Dynamics. Ziehen Sie es in das Projektschema. Doppelklicken Sie im neuen Element auf Engineering Data.Fügen Sie auf der neuen Registerkarte unter Materialien neue Materialien hinzu und benennen Sie sie entsprechend, in diesem Fall Carbon Fiber. Ziehen Sie die benötigten Eigenschaften des Materials aus der Toolbox-Struktur. Fügen Sie unter Werte zuvor erhaltene Werte ein, einschließlich der entsprechenden Einheiten.Kehren Sie zur Registerkarte Projektschema zurück. Klicken Sie dann unter Explizite Dynamik mit der rechten Maustaste auf die Geometrie, um Geometrie importieren auszuwählen. Klicken Sie auf Durchsuchen, und laden Sie die STP-Datei mit dem Halbwagenmodell in die Modellumgebung.Die Datei enthält auch die Barriere für den Crashtest. Wählen Sie in der Projektstruktur Netz aus. Wechseln Sie unter Details zu Mesh zu Physik-Präferenz.Legen Sie den Wert auf Explicit fest. Wechseln Sie dann zu Element Midside Nodes. Legen Sie den Wert auf Dropped fest.Unten, unter Größe, gehen Sie zu Size Function, und von dort wählen Sie Krümmung. Wechseln Sie zu Referenzcenter, und wählen Sie Medium aus. Legen Sie die minimale Elementgröße auf sechs Millimeter fest.Wählen Sie die maximale Elementgröße von 30 Millimetern aus. Legen Sie nun unter Projekt die Randbedingungen für Die Einschränkung fest, indem Sie mit der rechten Maustaste auf die explizite Dynamik klicken. Wählen Sie Einfügen und dann Feste Unterstützung aus, um die starre Barriere für eine Kollision zu definieren.Wählen Sie aus, wie die Barriere repariert werden soll. Wählen Sie dann die Barriere aus, und wenden Sie die Auswahl an. Kehren Sie mit der rechten Maustaste auf Explicit Dynamics zurück, und wählen Sie Einfügen, gefolgt von Verschiebung.Wenden Sie die Änderungen an. Ändern Sie die Z-Achse von frei in den konstanten Wert von Null. Klicken Sie oben im Fenster auf Lösen.Hier ist eine Beispielkarte, die die Verschiebungen des Chassis zeigt, die aus einer 5G Rückwärtsbeschleunigung resultieren. Diese Karte kann verwendet werden, um die strukturelle Steifigkeit in einem frühen Entwurfsstadium zu beurteilen. Dies ist die optimierte Geometrie der Blattfeder.Die Finite-Elemente-Analyse der Geometrie ermöglicht die Berechnung des Fehlerindexes nach Hashin-Fehlerkriterien. Es kann auch die Spannung im Stigma eine Richtung auf der äußeren Oberfläche des Blattes bestimmen, entlang seiner Hauptrichtung. Das numerische Modell wird anhand eines Maßstabsmodells validiert, das auf Fraktur getestet wurde.Dieses Video ermöglicht es, die Entwicklung des Stresses im Fahrzeug während eines modellierten 60-Kilometer-pro-Stunde-Aufpralls zu schätzen. Eine Beispielspannungskarte bietet eine Möglichkeit, die Fahrzeugintegrität zu bewerten, indem sie dazu beiträgt, mögliche Fehlerpunkte zu identifizieren, die den Fahrgästen schaden könnten. Eine Karte der Verschiebungen aus der Finite-Elemente-Analyse für die gleiche Aufprallgeschwindigkeit zeigt, dass die größten an der Vorderseite des Fahrzeugs und in den Ansitzstangen des Rollkäfigs auftreten, die an den Sitzen befestigt sind.Sie sind eine geeignete Option zur Reproduktion von Verbundstrukturen, da sie die Biegesteifigkeit der Dünnwandkörper mit einfacherem Netz als die Volumenkörper simulieren können. Andererseits werden in der Blattfeder, wo die lokalen Spannungen durch das Analysemodell nicht geschätzt werden können, nach der Finite-Elemente-Methode bewertet und die Blattverbundschichten durch die Ziegelelemente modelliert. Es ist wichtig zu beachten, dass während der Crash-Ereignisse die Verformung des Monocoque sminimal ist und keine Komponenten in die andere eindringen.Daher kann man sagen, dass das Design am Fahrzeug sicher ist. Verschiedene amerikanische Modelle dienen der strukturellen Optimierung eines solarbetriebenen Fahrzeugs. Das Fahrzeug erwies sich als effizient und gewann die American Solar Challenge 2018 in seiner Kategorie.

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