Engineering

संरचनात्मक डिजाइन और एक क्रूजर वर्ग के विनिर्माण सौर वाहन

Published: January 30, 2019 doi: 10.3791/58525

Giangiacomo Minak^1,2,3, Tommaso M. Brugo¹, Cristiano Fragassa^1,2, Ana Pavlovic², Felipe V. de Camargo², Nicola Zavatta³

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

Summary

इस काम में, कई एक पूर्ण कार्बन फाइबर के संरचनात्मक डिजाइन प्रक्रिया से संबंधित पहलुओं प्रबलित प्लास्टिक सौर वाहन विस्तृत रहे हैं, चेसी चेसिस पर ध्यान केंद्रित, पत्ती स्प्रिंग्स, और एक दुर्घटना परीक्षण के दौरान एक पूरे के रूप में वाहन ।

Abstract

क्रूजर बहु निवासी सौर वाहनों है कि लंबी दूरी (३,००० किमी से अधिक) सौर ऊर्जा की खपत और पेलोड के बीच सबसे अच्छा समझौता के आधार पर दौड़ में प्रतिस्पर्धा की कल्पना कर रहे हैं । वे दौड़ के समग्र आयामों के बारे में नियमों का पालन करना चाहिए, सौर पैनल आकार, कार्यक्षमता, और सुरक्षा और संरचनात्मक आवश्यकताओं, जबकि आकार, सामग्री, powertrain, और यांत्रिकी डिजाइनर के विवेक पर विचार कर रहे हैं । इस काम में, एक पूर्ण कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक सौर वाहन के संरचनात्मक डिजाइन प्रक्रिया के सबसे अधिक प्रासंगिक पहलुओं विस्तृत कर रहे हैं । विशेष रूप से, चेसिस के फाड़ना अनुक्रम के डिजाइन के लिए इस्तेमाल प्रोटोकॉल, पत्ती स्प्रिंग्स संरचनात्मक विश्लेषण, और दुर्घटना परीक्षण वाहन के संख्यात्मक अनुकरण, सुरक्षा पिंजरे सहित, वर्णित हैं । फाइबर प्रबलित समग्र संरचनाओं के डिजाइन पद्धति की जटिलता उनके यांत्रिक विशेषताओं सिलाई और कार के समग्र वजन के अनुकूलन की संभावना से मुआवजा दिया है ।

Introduction

एक सौर कार सौर ऊर्जा चालित भूमि परिवहन के लिए इस्तेमाल किया वाहन है । पहली सौर कार १९५५ में प्रस्तुत किया गया था: यह एक छोटे से 15 इंच का मॉडल था, 12 सेलेनियम फोटोवोल्टिक कोशिकाओं और एक छोटे से बिजली के मोटर से बना¹। उस सफल प्रदर्शन के बाद से, सौर-स्थाई गतिशीलता की व्यवहार्यता साबित करने के लिए दुनिया भर में बड़े प्रयास किए गए हैं ।

एक सौर वाहन² के डिजाइन गंभीर रूप से कार में ऊर्जा इनपुट की राशि से प्रतिबंधित है, जो साधारण परिस्थितियों में काफी सीमित है । कुछ प्रोटोटाइप सार्वजनिक उपयोग के लिए डिजाइन किया गया है, हालांकि कोई कारों मुख्य रूप से सूर्य द्वारा संचालित व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं । तथ्य की बात के रूप में, सौर कारों रोजमर्रा की अपनी मौजूदा सीमा दी जीवन में एक आम उपयोग से दूर लग रहे हैं, विशेष रूप से लागत, सीमा, और कार्यशीलता के मामले में । एक ही समय में, वे नए तरीके के विकास के लिए एक वैध परीक्षण पीठ का प्रतिनिधित्व कर रहे हैं, दोनों डिजाइन और विनिर्माण के स्तर पर, आम तौर पर ऐसे एयरोस्पेस, वैकल्पिक ऊर्जा के रूप में उंनत औद्योगिक क्षेत्रों में इस्तेमाल प्रौद्योगिकी के संयोजन, और मोटर वाहन. इसके अलावा, सबसे सौर कारों सौर कार दौड़ के प्रयोजन के लिए बनाया गया है, दुनिया भर के सभी blazoned घटनाओं, जिनके प्रतिभागियों मुख्य रूप से विश्वविद्यालयों और अनुसंधान केंद्रों है कि प्रत्येक तकनीकी समस्या के लिए इष्टतम समाधान के अनुसंधान घमंड कर रहे हैं । विशेष रूप से, सबसे महत्वपूर्ण प्रतियोगिताओं के आयोजकों (उदाहरणके लिए, विश्व सौर चैलेंज) दौड़ विनियमों के विकास की एक रणनीति अपनाने गया है कि इन चरम वाहनों के रूप में बंद के रूप में अधिक परंपरागत के लिए संभव के रूप में लाने का लक्ष्य परिवहन के साधन । विशेष रूप से, कई वर्षों के बाद जो वाहनों में एकल सीट थे और मार्ग यात्रा के रूप में जल्दी से संभव बनाया गया है, क्रूजर वाहनों की आपात श्रेणी हाल ही में शुरू किया गया है और अधिक यात्रियों के कुशल परिवहन के लिए विकसित की है ।

इन वाहनों के लिए तकनीकी आवश्यकताएँ और भी सख़्त हो गई हैं. वास्तव में, न केवल वे अधिकतम ऊर्जा क्षमता की गारंटी है, लेकिन वे भी अधिक जटिल इंजीनियरिंग विभिंन कार्यक्षमताओं से जुड़ी स्थितियों के साथ अनुपालन करना चाहिए । उदाहरण के लिए, रहने वालों की अधिक से अधिक संख्या के परिवहन की संभावना यह सुरक्षा और ड्राइवबिलिटी की स्थिति की गारंटी के लिए और अधिक कठिन बना देता है । प्रयास है और अधिक जटिल समग्र वजन बढ़ाने के लिए और एक बहुत बड़ा बैटरी पैक डालने की जरूरत है, जबकि आंतरिक रिक्त स्थान कम किया जाना चाहिए, यांत्रिकी की स्थिति मुश्किल बना रही है ।

एक नए डिजाइन दर्शन सामग्री का उपयोग करें और विनिर्माण के एक अलग दृष्टि सहित, संपर्क किया जाना चाहिए । सबसे पहले, सामग्री उच्चतम शक्ति से वजन अनुपात के आधार पर चयन किया जाना चाहिए और, एक प्रत्यक्ष परिणाम के रूप में, कार्बन प्रबलित फाइबर प्लास्टिक एक इष्टतम समाधान का प्रतिनिधित्व करते हैं । इसके अलावा, डिजाइन में विशिष्ट तिकड़मों लागू किया जाना चाहिए ।

वर्तमान लेख में, इस तरह के अपने चेसी चेसिस, निलंबन के रूप में सौर वाहन के सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक भागों में से कुछ डिजाइन करने के लिए कार्यरत प्रक्रियाओं, और यहां तक कि एक गणना दुर्घटना परीक्षण चित्रित कर रहे हैं । एक व्यापार में बेधड़क और दौड़ के नियमों के साथ बंद करने के लिए सबसे कम संभव वजन के साथ तेजी से एक सौर वाहन प्राप्त करने के लिए अंतिम गुंजाइश है ।

जाहिर है, प्रतिरोध और वजन के बीच अनुपात के संदर्भ में इष्टतम सामग्री के लिए खोज कार्यरत प्रौद्योगिकी द्वारा विवश है, जो CFRP prepregs के आटोक्लेव मोल्डिंग है । चयनित विधियों का उद्देश्य एक परिमित सीमा के भीतर और typology के रूप में प्लाई के संदर्भ में इष्टतम सामग्री विकल्प की तेजी से दृढ़ संकल्प है । वास्तव में, समग्र सामग्री के साथ डिजाइन ' वर्गों ज्यामितीय गुणों का एक साथ विकल्प का तात्पर्य, विशिष्ट सामग्री की, और उपयुक्त प्रौद्योगिकी के (है कि, मामले में यहां प्रस्तुत, एक प्राथमिकताओंनिर्धारित किया गया था, के रूप में अक्सर होता है) ।

कई प्रसिद्ध लंबी दूरी सौर बिजली के वाहनों के लिए प्रदर्शन प्रतियोगिताओं पिछले दशकों में दुनिया भर में आयोजित किया गया है, शीर्ष रैंक विश्वविद्यालयों और अनुसंधान केंद्रों, जो इस तरह की गतिशीलता के विकास के लिए मुख्य को बढ़ावा देने के एजेंट है शामिल प्रौद्योगिकी. हालांकि, प्रतिस्पर्धात्मकता है कि इस अनुसंधान के क्षेत्र में बौद्धिक संपदा सीमाओं के साथ गठबंधन में चलाता है एक मामले पर ज्ञान के प्रसार के लिए गंभीरता से सीमित कारक है । इस कारण से, कुछ के लिए सौर कार डिजाइन खातों पर साहित्य की समीक्षा (और कई बार पुरानी) संदर्भ, यहां तक कि जब पूरे शोध इस सर्वेक्षण³पर आधारित हैं, यही वजह है कि वर्तमान के रूप में काम करता है की प्राप्ति के लिए प्रोत्साहित किया जाता है ।

स्वतंत्र रूप से जो वाहन के डिजाइन के पहलू में सुधार किया जा रहा है, एक आम उद्देश्य हमेशा के उद्देश्य से है: अधिक ऊर्जा दक्षता की प्राप्ति । डिजाइन में उत्पादक परिवर्तन हमेशा अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों पर आधारित नहीं हैं, क्योंकि वे केवल यांत्रिकी पर आधारित हो सकता है जैसे वाहन के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को कम करने के लिए अपनी स्थिरता में वृद्धि (जो विशेष रूप से रेगिस्तान में आयोजित प्रतियोगिताओं के लिए महत्वपूर्ण है क्षेत्रों⁴ के कारण की ओर हवा झोंका⁵) या वाहन⁶भागों के वजन को कम करने-जिनमें से एक 10% बिजली के वाहनों में कुल वजन कमी के⁷ऊर्जा बचत में १३.७% तक अनुमान कर सकते हैं । पूरी तरह से ऊर्जा प्रबंधन रणनीतियों को भी आमतौर पर दौड़ की घटनाओं में इस्तेमाल के लिए सबसे अच्छा संभव प्रदर्शन, आश्वासन जहां १३० किमी प्रति घंटा और एक आरोप है कि पिछले ८०० किलोमीटर से अधिक के लिए है, क्रूजर वर्ग⁸कारों में प्राप्त किया जा सकता के रोमांचक अधिकतम गति ।

वाहन के बेधड़क⁵^,⁹^,¹⁰ के अध्ययन ड्राइविंग के दौरान हवा और चिकनाई से थोड़ा प्रतिरोध को आश्वस्त करने के लिए महत्वपूर्ण है, जहां मुख्य पहलुओं को नियंत्रित किया जा करने के लिए खींचें गुणांक की कमी है कार की अनुमति के लिए कदम है, जबकि कम ऊर्जा खर्च, और वृद्धि गुणांक कि गारंटी के लिए रखा जाना चाहिए कि कार सुरक्षित है और छुरा जमीन से जुड़ा हुआ है, यहां तक कि उच्च वेग पर ।

एक अंय महत्वपूर्ण पैरामीटर को तैयार किया जाना है निलंबन प्रणाली है, जो आम तौर पर आराम, स्थिरता और सुरक्षा प्रदान करने के एकमात्र प्रयोजनों के साथ नियमित रूप से वाहनों में लागू किया जाता है, लेकिन सौर कारों में यह भी प्रकाश होना चाहिए । इस महत्वपूर्ण पहलू का पता लगाया गया है के बाद से १९९९¹¹ अध्ययन में शामिल शीसे रेशा पत्ती स्प्रिंग्स और, और अधिक हाल ही में, कार्बन फाइबर के साथ¹² जो, जब wishbone¹³लिंक का गठन करने के लिए इस्तेमाल किया, न केवल वजन प्रदान करने के लिए साबित कर दिया है कमी लेकिन यह भी एक बढ़ाया सुरक्षा कारक । हालांकि डबल wishbone सस्पेंशन निस्संदेह अधिक बार सौर¹⁴कारों में इस्तेमाल कर रहे हैं, वर्तमान अध्ययन एक आड़ा पत्ता वसंत कार्बन फाइबर के साथ बनाया पर विचार, के लिए यह एक सरल और कम उछला वजन के साथ हल्का निलंबन प्रणाली है ।

हवाई जहाज़ के पहिए के निर्माण के लिए के रूप में, एक चेसी कार्बन फाइबर से बना संरचना के विनिर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन लाभ अनुदान साबित कर दिया है, सबसे प्रमुख मौजूदा⁴^,8 के लिए एक अपरिहार्य डिजाइन बाधा जा रहा है ^,¹⁵ सोलर कार उतारेगी । कार्बन फाइबर का उपयोग वाहन के निष्पादन के लिए महत्वपूर्ण है, टीमों वाहनों का निर्माण करने के लिए जहां संरचनात्मक घटकों में से हर एक (या एक ही संरचना के विभिंन भागों, के रूप में चेसिस में) की गणना में स्तरित तंतुओं की एक इष्टतम राशि है झुकाव. उसके लिए, इस कार्य में, सामग्री संपत्तियों का मूल्यांकन मानकीकृत प्रायोगिक परीक्षणों के माध्यम से किया गया है, जैसे कि तीन सूत्रीय झुकने की परीक्षा और interlaminar कतरनी शक्ति (ILSS) परीक्षण.

इलाज चक्र के दौरान आयामी स्थिरता को आश्वस्त करने के लिए, निर्माण आम तौर पर कार्बन फाइबर मोल्ड्स पर वैक्यूम सामान और आटोक्लेव मोल्डिंग⁴ के साथ किया जाता है, जो उनकी बारी में, ठीक से मिल उच्च घनत्व फोम या एल्यूमीनियम पैटर्न पर फाड़े हुए हैं । भागों के बहुमत सैंडविच संरचनाओं द्वारा गठित है (यानी, त्वचा और अत्यंत हल्के वजन के मुख्य सामग्री पर फाइबर के साथ कि एक बहुत कम वजन ले जा समग्र को झुकने प्रतिरोध विशेषता की सेवा) । इसके अलावा, कार्बन फाइबर अनुनाद घटनाएं के खिलाफ उच्च कंपन सुरक्षा के स्तर की पेशकश के लिए भी लाभप्रद है¹²।

दुर्घटना की घटनाओं में यात्रियों की सुरक्षा को प्रमाणित करने के लिए लक्ष्य, दुर्घटना परीक्षण आमतौर पर नमूना वाहनों के साथ समय लेने वाली और लाभकर, प्रयोगात्मक, और विनाशकारी परीक्षण शामिल. एक हाल की प्रवृत्ति है कि विशाल लोकप्रियता प्राप्त कर रहा है कंप्यूटर-नकली दुर्घटना परीक्षण है, जहां इन सिमुलेशन प्रभावों के विभिंन प्रकार के दौरान कार में रहने वालों की सुरक्षा की जांच (जैसे, पूर्ण ललाट, ललाट, पक्ष प्रभाव ऑफसेट, और रोल खत्म) . एक सड़क वाहन पर एक दुर्घटना विश्लेषण प्रदर्शन और संख्यात्मक मॉडलिंग के माध्यम से ऐसा करने की व्यवहार्यता के महत्व को देखते हुए, वर्तमान जांच का उद्देश्य सौर वाहन के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों की पहचान करने के लिए, दोनों के मामले में अधिकतम तनाव और विकृति, संरचना के सुधार की एक परिकल्पना की अनुमति देने के लिए ।

इसके द्वारा किए गए सौर वाहनों पर संख्यात्मक दुर्घटना परीक्षण अभूतपूर्व है । अनुसंधान पर ग्रंथ सूची की कमी को ध्यान में रखते हुए और इस अभिनव सौर कार दृष्टिकोण, एक अनुकूलन है कि अपनी औसत गति से एक कठोर बाधा पर वाहन के प्रभाव पर विचार के लिए विशिष्ट नियमों को ग्रहण किया गया । उसके लिए, वाहन के ज्यामिति मॉडलिंग और सिमुलेशन (जाल संविधान और सिमुलेशन सेट अप सहित) अलग उपयुक्त सॉफ्टवेयर पर आयोजित किया गया है । वाहन की संरचना के लिए कार्बन फाइबर का उपयोग भी अपने crashworthiness व्यवहार है, जो पहले से ही अंय सामग्री की तुलना में अधिक होना दिखाया गया है द्वारा उचित है, इस तरह के ग्लास फाइबर कंपोजिट, बिजली के वाहनों की दुर्घटना परीक्षण पर¹⁶।

Protocol

नोट: एक सौर वाहन के डिजाइन की प्रक्रिया एक काफी जटिल कार्य है, multidisciplinary पहलुओं को शामिल है, तो यह उन सब को कवर यहां संभव नहीं है । पाठक का मार्गदर्शन करने के लिए, तार्किक प्रक्रिया में वर्णित प्रोटोकॉल एंबेडेड है चित्रा 1में दिखाया गया है ।

चित्रा 1: डिजाइन फ्लो चार्ट । डिजाइन की प्रक्रिया के विभिंन भागों के बीच बातचीत को दर्शाया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

1. मुख्य चेसिस डिजाइन के ऊपर रखना

लोड वितरण को सबसे खराब स्थिति में निर्धारित करें ।
1. मुख्य डिजाइन लोड प्राप्त करने के लिए डिजाइन के ऊर्ध्वाधर त्वरण द्वारा यात्रियों और बैटरी पैक जन वितरण गुणा ।
2. सीटों की स्थिति और अलग संभव बैटरी स्थानों पर विचार करें ।
पत्ती वसंत जोड़ों पर प्रतिक्रियाओं की गणना । वाहन एक बस समर्थित एक बीम के रूप में माना जाता है ।
झुकने पल और कतरनी के चित्र का निर्धारण ।
मुख्य सामग्री पर अधिकतम स्वीकार्य कतरनी तनाव का पता लगाएं । इसका मूल्य मूल तकनीकी पत्रक में पढ़ा जा सकता है या उपयुक्त नमूनों पर प्रयोग के माध्यम से पाया जाता है । इस मामले में, कोर plies की फाड़ना तनाव का निर्धारण किया जा सकता है ।
कतरनी प्रतिरोध के आधार पर सैंडविच कोर मोटाई की गणना¹⁷^,¹⁸ ( जहां पर कतरनी बल लागू किया जाता है और मुख्य मोटाई है चौड़ाई है) ।
उपलब्ध CFRP plies की तंयता और संपीड़न शक्ति का पता लगाएं । उनके मूल्य plies ' तकनीकी शीट्स में पाया जा सकता है ।
प्रयोग का निर्धारण करने के लिए सैंडविच कंपोजिट की झुकने ताकत¹⁹.
प्रयोग ILSS सामग्री के संभावित संयोजनों के लिए²⁰^,²¹।
ध्यान में वाहन, जिसका आकार एक व्यापार में बनाया गया है के विभिंन वर्गों बेधड़क आवश्यकताओं और कार्यात्मक जरूरतों के बीच में ले लो ।
नोट: चेसिस में तीन महत्वपूर्ण वर्गों रहे है-उच्चतम झुकने पल के साथ एक, और दो सिरों, जहां क्षेत्र नाटकीय रूप से पहिया की उपस्थिति के कारण कम है-निलंबन प्रणालियों । इसके अलावा, इन दो कम वर्गों में, कतरनी पत्ती वसंत से चेसिस के लिए हस्तांतरित किया जाना चाहिए ।
बनाने के बारे में एक धारणा बनाओ तीन वर्गों में माना जाता है और वर्गों के विभिंन भागों में, ध्यान में रखते हुए कि तकनीकी ंयूनतम¹⁷ प्रत्येक दिशा (0 ° [यानी, अनुदैर्ध्य] में फाइबर का कम से 10% है, ९० ° [अर्थात्, आड़ा], और ± ४५ ° [अर्थात्, विकर्ण]), सबसे महत्वपूर्ण खंड के विशिष्ट भाग में अभिनय लोड, कि plies की संख्या पूर्णांक है, और कि मोटाई एक ंयूनतम करने के लिए रखा जाना चाहिए ।
सैंडविच सिद्धांत के अनुसार अधिकतम तन्यता और संपीड़न तनाव की गणना¹⁷^,¹⁸ और उन्हें अनुमति देने वाले लोगों के लिए तुलना (जहां पर पल लागू किया जाता है और चौड़ाई है और कोर और plies की मोटाई, क्रमशः कर रहे हैं) ।
1. संशोधित करना, यदि आवश्यक हो, और १.९ चरण पर वापस जाएं ।
सॉफ्टवेयर Abaqus में एक परिमित तत्व शैल मॉडल बनाओ और प्रभाव-समकक्ष के भार²²विनियमों द्वारा निर्धारित लागू होते हैं ।
1. एक सीएडी मॉडलर में चेसिस बनाएँ.
2. आयात पर क्लिक करके एक खोल या ठोस भाग के रूप में फेम सॉफ्टवेयर में चेसिस आयात । भाग. यह एक ठोस के रूप में आयात किया जाता है, तो यह एक खोल भाग में बदलने के लिए ज्यामिति संपादन उपकरण का उपयोग करें ।
3. प्रकार लेमिना या इंजीनियरिंग स्थिरांकके साथ लोचदार सामग्री के रूप में एक एकल CFRP प्लाई के गुणों को परिभाषित; सामग्री के लोचदार moduli और Poisson के अनुपात का चयन करें । ध्यान दें कि इंजीनियरिंग स्थिरांक पैरामीटर्स की आवश्यकता है यदि शेल का आउट-ऑफ़-प्ले व्यवहार विश्लेषण किया गया है । हशिण क्षति कसौटी कंपोजिट प्लाई²⁶के लिए एक विफलता कसौटी को लागू करने के लिए चुनें ।
4. रोटेशन के स्टैकिंग अनुक्रम को परिभाषित करके एक समग्र Layups अनुभाग बनाएं । असाइन प्रत्येक अपनी अभिविंयास और मोटाई तालिका के रूप में प्लाई ।
  नोट: पोस्ट-इलाज मोटाई CFRP plies के लिए विचार किया जाना चाहिए ।
5. मेष बीजद्वारा भाग के असतत तत्वों के वितरण निरुपित । महत्वपूर्ण स्थानों पर तत्वों की संख्या में वृद्धि करने के लिए विभाजन चेहरा उपकरण और पूर्वाग्रह बीज का उपयोग करें । Quad-बहुल तत्व आकृति और शेल तत्व प्रकार का चयन करें । कम एकीकरण पर क्लिक करें यदि मॉडल में hourglass प्रभाव नगण्य हैं; अंयथा, कम एकीकरण का उपयोग करें ।
6. असेंबली मॉड्यूल में चेसिस का एक इंस्टेंस बनाएँ । यह एक है जो लोड और सीमा शर्तों को लागू किया जाएगा ।
7. विश्लेषण प्रक्रिया स्थिरके रूप में चरण मॉड्यूल में परिभाषित करें । सॉल्वर की सेटिंग चुनें. Nlgeomका चयन करें: पर रेखीय membranal व्यवहार को सक्रिय करने के लिए ।
8. भार है कि चेसिस पर शरीर के बल भार के रूप में विनियमों द्वारा निर्धारित लोगों के समकक्ष लागू होते हैं । ' बैटरियों और ' निवासी पदों पर केंद्रित बलों लागू करने के लिए अपने एकमुश्त वजन खाते में ले ।
9. उदाहरण पर BCs लागू करें । एक समर्थित शरीर के रूप में चेसिस पर विचार बाहरी भार द्वारा पर काम किया, ' विवशताओं स्थानों पर टिकी ईसा पूर्व के साथ.
10. outputs के क्षेत्र में आउटपुट अनुरोधों मॉड्यूल निर्धारित करें । डोमेन का चयन करें : समग्र layup फाड़ना में प्रत्येक प्लाई के स्थान पर outputs निकालने के लिए.
11. कोई कार्य बनाएं और विश्लेषण चलाएं ।
12. विनियमों ' आवश्यकताओं²²के साथ परिणामों के अनुपालन की जाँच करें । मामले में वे पूरा नहीं कर रहे हैं, कदम १.९ और 1.12.4 और फाड़ना अनुक्रम को संशोधित करने के लिए वापस जाओ ।
एक प्लाई-एक प्लाई-दर-धारा का अनुवाद करने के लिए स्ट्रक्चरल डिजाइनर के दृष्टिकोण-द्वारा प्लाई निर्माता के द्वारा की जरूरत दृष्टिकोण के लिए तैयार पुस्तक का उत्पादन ।
1. जहां विशिष्ट कार्यात्मक आवश्यकताओं सैंडविच मोटाई की कमी करने के लिए नेतृत्व वर्गों में विशेष संशोधनों बनाओ ।
एक आटोक्लेव में चेसिस का निर्माण ।
1. परिशुद्धता मिलिंग द्वारा उच्च घनत्व फोम पैटर्न का उत्पादन ।
2. ठीक-granulometry सैड के साथ एक चिकनी सतह खत्म गारंटी.
3. के लिए कार्बन फाइबर मोल्ड की टुकड़ी को आश्वस्त करने के लिए फोम पर मुहर और रिहाई एजेंट की परतें लागू करें ।
4. पूर्व-गर्भवती कम catalysis-तापमान कार्बन फाइबर परतों कोडांतरण और एक आगे आटोक्लेव इलाज के लिए वैक्यूम बैग संपीड़न के साथ प्रत्येक भाग को सील करके molds निर्माण ।
5. उत्पादित molds की सतह पॉलिश और मुहर और रिहाई एजेंटों लागू होते हैं ।
6. प्लाई-बुक करने के लिए अनुसार मोल्ड पर चेसिस भागों फाड़ना और वैक्यूम बैग संपीड़न और एक आटोक्लेव इलाज के लिए उन्हें प्रस्तुत करते हैं ।

2. लीफ स्प्रिंग डिजाइन

चित्रा 2: पत्ती वसंत के चित्र लोड हो रहा है । यह आंकड़ा कतरनी के निर्धारण और झुकने पल पत्ती वसंत पर अभिनय का पता चलता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

लीफ स्प्रिंग के साथ लोड वितरण का निर्धारण ( चित्रा 2के झुकने और कतरनी आरेख देखें) ।
1. सबसे खराब स्थिति में वाहन के पहियों पर लागू अधिकतम लोड का मूल्यांकन करें (चरण १.१ देखें) ।
2. पत्ती वसंत पर प्रतिक्रियाओं बलों (अधिकतम लोड) की गणना समाप्त होता है, निलंबन बांह leverages पर विचार ।
3. वाहन चेसिस और निलंबन वालों को इसके anchorage बिंदुओं के आधार पर लीफ स्प्रिंग के समर्थन और लोडिंग पॉइंट्स को परिभाषित करें ।
4. झुकने और कतरनी के आरेख का निर्धारण, सिरों पर लागू एक बराबर अधिकतम लोड के साथ एक चार सूत्री झुकने बीम के रूप में पत्ती वसंत मॉडलिंग (सबसे खराब मामले परिदृश्य).
पत्ता स्प्रिंग के अधिकतम विस्थापन का मूल्यांकन करें वाहन फ्रेम के आसपास निलंबन ज्यामिति और अनुमति के स्थान के अनुसार समाप्त होता है ।
उच्च विशिष्ट तनाव ऊर्जा भंडारण क्षमता, के साथ सामग्री का चयन करें ।

यहां, स्वीकार्य तनाव है, लोचदार मापांक है, और घनत्व है ।
1. झुकने के रूप में पत्ती वसंत का प्रमुख भार है (कतरनी लोड एक या दो आदेश परिमाण के कम है), के रूप में सामग्री की थकान ताकत रखने के ।
2. समग्र orthotropic सामग्री के लिए, के रूप में प्रमुख दिशा (फाइबर दिशा) के साथ एफआरपी की थकान झुकने ताकत पर विचार करें ।
धारणा पत्ती वसंत आकार डिजाइन और करना, अपनी विशिष्ट क्षमता भंडारण ऊर्जा को अधिकतम करने के लिए ।
नोट: लीफ स्प्रिंग क्रॉस सेक्शन मॉडलिंग की जानी चाहिए ताकि अधिकतम स्वीकार्य तनाव की स्थिति सभी लीफ स्प्रिंग के साथ घटित हो ।
1. केवल चित्रा 2के झुकने आरेख पर ध्यान केंद्रित । कतरनी लोड परिमाण कम के एक या दो आदेश है । उस के आधार पर, दो प्रकार के क्षेत्रों में पत्ती वसंत विभाजित: दो समर्थन करता है () और समर्थन करता है और पत्ती वसंत के बीच समाप्त होता है() के बीच ।
2. साथ , झुकने लोड लगातार और अपनी अधिकतम पर रखने; इसलिए, भी पार धारा लगातार रखो ।
3. साथ में, झुकने लोड रैखिकता लोड आवेदन बिंदु से समर्थन करने के लिए वृद्धि; इसलिए, पार धारा ऊंचाई निंनलिखित समीकरण को संतुष्ट करने के लिए पत्ती वसंत की बाहरी सतह पर लगातार तनाव रखने चाहिए, उसकी सभी लंबाई के साथ ।
  
  यहां, अधिकतम लोड के आवेदन के बिंदु से दूरी है और पार अनुभाग चौड़ाई है । सूत्र का सुझाव है कि अवधि के साथ, पत्ती है वसंत पार धारा ऊंचाई एक परवलयिक प्रोफ़ाइल के साथ पतला होना चाहिए । हालांकि, प्रक्रिया अभ्यास कारणों के लिए, अनुमानित पत्ती है वसंत ऊंचाई प्रोफ़ाइल एक रैखिक एक के साथ ।
  नोट:- फाड़ना प्रक्रिया के दौरान फाइबर रुकावट से बचने के लिए लगातार रखें, जो समग्र laminas की ताकत को कम करेगा ।
4. क्योंकि झुकने कतरनी लोड की तुलना में अधिक है, 0-90 कपड़े एफआरपी का एक रैखिक पतला कोर के साथ एक सैंडविच संरचना का उपयोग करने के लिए कतरनी भार और पत्ती वसंत और एकतरफ़ा एफआरपी के बाहरी परतों के लिए मरोड़ कठोरता प्रदान का विरोध पत्ता है वसंत के साथ उंमुख झुकने लोड कंट्रास्ट करने के लिए प्रिंसिपल अक्ष । बाहरी परतों उच्च तनाव वाले क्षेत्र में ज्यामितीय विच्छेदन से बचने के लिए एक निरंतर मोटाई है ।
चयनित एफआरपी सामग्री की तन्यता, संपीड़न, वंक, और कतरनी ताकत प्राप्त करें । उनके मूल्य तकनीकी डेटा पत्रक में या एक एएसटीएम मानकों (पसंदीदा विकल्प) के आधार पर परीक्षण के माध्यम से पाया जा सकता है ।
एक विश्लेषणात्मक मॉडल के माध्यम से पत्ती वसंत ज्यामितीय आयामों का अनुकूलन ।
नोट: उद्देश्य समारोह के लिए लगाया बाधाओं का अनुपालन करते हुए जन को कम करने के लिए है; इसलिए, एक विक्षेपन के साथ एक अधिकतम लोड बनाए रखने के बराबर और तनाव से कम सामग्री स्वीकार्य लोगों को रखना ।
1. एक निर्दिष्ट अधिकतम भार के लिए अधिकतम विक्षेपन पर शर्त विवश ।
  
  यहां, एक छोटा सा अभिसरण कारणों के लिए डाला मूल्य है । धारणा, पत्ती वसंत क्षेत्र में एक पतला कोर के साथ एक सैंडविच है । लोडिंग पर विक्षेपन की गणना, Castigliano की विधि के माध्यम से ।
  
  यहां, और पत्ती वसंत की वंक कठोरता के साथ और कर रहे हैं, क्रमशः ।
  
  यहां, और कोर और बाहरी परतों के लोचदार मापांक हैं, क्रमशः,
  बाहरी परत मोटाई है, और मुख्य मोटाई है ।
2. अधिकतम झुकने तनाव पर शर्त विवश: (अधिकतम उद थकान झुकने तनाव) । Euler -Bernoulli सिद्धांत के माध्यम से मूल्यांकन ।
3. अधिकतम कोर और बाहरी परत कतरनी तनाव पर हालत विवश: (अधिकतम कोर थकान कतरनी तनाव) (अधिकतम कोर थकान कतरनी तनाव) । मूल्यांकन और Euler के माध्यम से-Bernoulli सिद्धांत²⁴।
4. कम करने के लिए उद्देश्य समारोह के रूप में पत्ती वसंत मास का उपयोग करें ।
  
  नोट: ज्यामितीय मानकों जो विविध किया जा सकता है: , , और । यदि फ्रेम करने के लिए anchorage अंक के डिजाइन द्वारा अनुमति दी है , और भी चर के रूप में माना जा सकता है, अगर निंनलिखित विवश है संमान:
5. समस्या iteratively या अनुकूलन एल्गोरिदम, जो कई संख्यात्मक कंप्यूटिंग सॉफ्टवेयर प्रोग्राम में एकीकृत पाया जा सकता है के माध्यम से हल ।
Ansys समग्र पूर्व में अनुकूलित लीफ स्प्रिंग के एक FE सिमुलेशन प्रदर्शन/ लक्ष्य तनाव एकाग्रता और बाहर के विमान भार का मूल्यांकन करने के लिए है ।
1. ड्रा, एक सतह के रूप में, पत्ती वसंत का केवल एक चौथाई की सीएडी ज्यामिति, सतह समर्थन बिंदु के साथ पत्राचार में विभाजित है और करना-अप विविधताओं के साथ ।
2. ANSYS कार्यक्षेत्रमें एक नया सिमुलेशन परियोजना बनाएं । चयन एसीपी (पूर्व) ( Toolbox मेनू में) इसे कार्यक्षेत्र में खींचकर ।
3. इंजीनियरिंग डेटापर क्लिक करके सामग्री गुणों को परिभाषित करें । चुनें इंजीनियरिंग डेटा स्रोतों और मिश्रित सामग्री फ़ोल्डर कार्बन उद और बुना prepregs डिफ़ॉल्ट सामग्री संपत्तियों से आयात, उन पर डबल क्लिक करके । सामग्री डेटा पत्रक पर उपलब्ध है या प्रयोगात्मक परिणामों से प्राप्त लोगों के साथ तीन प्रमुख दिशाओं में सामग्री स्थिरांक अद्यतन करें ।
4. ज्यामिति आयात जबकि सही ज्यामिति पर क्लिक करके सीएडी के साथ लिंक रखते हुए और फिर आयात ज्यामितिपर । इसे मूल सीएडी स्वरूप में आयात करें ।
5. मॉडलपर डबल-क्लिक करें । एक मनमाना सतह मोटाई निरुपित । नाम चयन फ़ंक्शन ( मॉडल पर राइट-क्लिक करें और तब सम्मिलित) का उपयोग करके भिन्न layup ज़ोन को निर्धारित है । जाल पर राइट-क्लिक करके और फिर उत्पन्न मेषपर डिफ़ॉल्ट जाल उत्पन्न करते हैं ।
6. कार्यक्षेत्र में, ओपन एसीपी- डबल सेटअपपर क्लिक करके पूर्व ।
7. सामग्री डेटा मेनू फ़ोल्डर में plies ' गुण निर्धारित करें । कपड़े पर राइट-क्लिक करके फैब्रिक बनाएं का चयन करें; फिर, सामग्री को परिभाषित और prepreg मोटाईआवंटित । sub-टुकड़े करने पर राइट-क्लिक करके और उप-टुकड़े करने वाले स्टैकिंग अनुक्रम को परिभाषित करके उप-टुकड़े बनाएँ का चयन करें ।
8. Rosettes मेनू फ़ोल्डर में (मुख्य पत्ती वसंत धुरी) फाड़ना प्रक्रिया के प्रमुख दिशा के अनुसार तत्व स्थानीय निर्देशांक प्रणाली को परिभाषित करें ।
9. ओरिएंट उंमुख चयन में फेम तत्वों के स्थानीय निर्देशांक प्रत्येक तत्व सेट (पहले चरण 2.7.5 में परिभाषित) एक मनमाना मूल बिंदु और Rosettes कदम में सेट के लिए परिभाषित द्वारा मेनू फ़ोल्डर सेट 2.7.8 ।
10. चरण २.७ की ऑप्टिमाइज़ेशन प्रक्रिया में प्राप्त परिणामों के आधार पर layup को परिभाषित करें । मॉडलिंग समूहों पर राइट-क्लिक करें और चुनें प्लाई बनाएं । उंमुख चयन सेट, प्लाई सामग्री, और परतों की संख्याको परिभाषित करें । plies के प्रत्येक दोहराए जाने वाले समूह के लिए इसे दोहराएं ।
  नोट: फाड़ना प्रक्रिया के स्टैकिंग क्रम का पालन करें ।
11. कार्यक्षेत्रमें, खींचें स्थैतिक संरचनात्मक विश्लेषण ( उपकरण बॉक्स मेनू में) कार्यक्षेत्र पर । फिर, एसीपी (Pre) \Setup स्थिर structural\Model पर खींचें और ठोस समग्र डेटा स्थानांतरितकरेंका चयन करें । स्थैतिक Structural\Setupपर डबल-क्लिक करें ।
12. समरूपता और आरै सीमा शर्त लागू करें । स्थैतिक संरचनात्मक और चयन Insert\Displacementपर राइट-क्लिक करें । बढ़त या ज्यामिति की सतह का चयन करें और उपयुक्त घटक दिशा के लिए 0 के लिए विस्थापन सेट ।
13. चरण 2.7.12 की एक ही प्रक्रिया के बाद बल लागू करें ।
14. हल पर क्लिक करके रैखिक लोचदार के रूप में फेम मॉडल को हल ।
15. समाधान पर राइट-क्लिक करके और Insert\Deformation\Directionalका चयन करके लीफ स्प्रिंग के अधिकतम विस्थापन का मूल्यांकन करें । यदि यह कम है, तो वापस आने के लिए कदम 2.7.10 और बाहरी उद plies की संख्या में वृद्धि; यदि यह अधिक है, इसे कम ।
16. कार्यक्षेत्रमें खींचें एसीपी ( प्री) \Mode. ( पोस्ट) ( Toolboxमें) इसके बाद एसीपी (पोस्ट) \Resultsपर Static\Structural सॉल्यूशन खींचें । एसीपी (पोस्ट) \Resultsपर डबल क्लिक करें ।
17. परिभाषा मेनू फ़ोल्डर पर राइट-क्लिक करें और विफलता मापदंड हशिण 3dके रूप में चुनें ।
18. समाधान मेनू फ़ोल्डर पर राइट-क्लिक करें और बनाएं विफलताका चयन करें... । चुनें हशिण और ठोस पर शोकी जांच करें ।
19. विफलता मापदंड हमेशा एक के नीचे हैं, तो जाँचें । यदि वे नहीं हैं, कदम 2.7.7 वापस जाओ और क्षेत्र में plies की संख्या में वृद्धि महत्वपूर्ण के रूप में पहचान की, उंहें आवश्यक के रूप में उंमुख ।
20. प्लाई बुक लिखिए.
डिजाइन पत्ती वसंत का एक स्केल्ड मॉडल का परीक्षण ।
1. डिजाइन, कदम २.७ के विश्लेषणात्मक मॉडल के माध्यम से, एक 1/5-1/10-छोटा पत्ता वसंत, बाहरी परतों और मुख्य मोटाई ट्यूनिंग के लिए झुकने और कतरनी तनाव के बीच एक ही अनुपात है असली घटक और अधिकतम लोड के लिए एक समान वक्रता ।
2. स्केल्ड लीफ स्प्रिंग के टुकड़े करना ।
3. यह एक साधारण चार बिंदु झुकने परीक्षण स्थिरता के साथ परीक्षण ।
4. अधिकतम लोड और विस्थापन और विफलता मोड का विश्लेषण करें ।
5. प्रायोगिक परीक्षण के निष्कर्ष के आधार पर लीफ स्प्रिंग के डिजाइन को ऑप्टिमाइज़ करें ।
अनुकूलित लीफ स्प्रिंग का निर्माण ।

3. पूर्ण ललाट दुर्घटना परीक्षण सिमुलेशन

चित्रा 3: क्रूजर ज्यामिति । यह आंकड़ा वाहन के सामान्य आकार और आयामों को दिखाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

वाहन की ज्यामिति ड्रा (चित्रा 3) ।
1. बनाएँ और CAD मॉडलिंग सॉफ़्टवेयर में एक नया भाग प्रोजेक्ट का नाम है ।
2. मॉडल ठोस संसाधनों का उपयोग कर भाग बाहर निकालना, घूमना, बह, और मचान के लिए विभिंन वाहन भागों (जैसे चेसिस, सीटें, और रोल पिंजरे के रूप में) के बीच पूर्ण संपर्क सुनिश्चित करने के । जब आवश्यक हो, एक संदर्भ विमान आकर्षित करने के लिए टैब की सतह, संदर्भ ज्यामिति, और विमान पर क्लिक करें ।
3. दोहराने कदम 3.1.2 जब तक ज्यामिति चेसी, दरवाजे, रोल पिंजरे, सीटें, बैटरी, पहियों, टायर, पहिया केंद्रों, निलंबन हथियार, पत्ती वसंत, स्टीयरिंग प्रणाली, और कठोर ठोस बाधा (2 एक्स 2 एम) के साथ पूरा हो गया है ।
4. द्विपक्षीय समरूपता का दोहन करने के लिए गणना का अनुकूलन और एक आधा कार मॉडल का उपयोग करें । उपयोगिताएं टैब के अंतर्गत, समरूपता की जांच पर क्लिक करें और स्वत: समरूपता विभाजन आदेश चुनें । फिर, शरीर है कि रखा जाएगा और विभाजन भागपर क्लिक करके पुष्टि के भाग पर क्लिक करें ।
5. ठोस निकायों को सतहों में कनवर्ट करें: निकायों की मोटाई से संबंधित चेहरों को चुनें और सतहों टैब पर क्लिक करें और फिर, डिलीट फेसपर ।
6. के रूप में सहेजें पर क्लिक करें और एसटीपी प्रारूप का चयन करें ।
सेट अप और सिमुलेशन प्रदर्शन करते हैं ।
1. बनाएं और ANSYS कार्यक्षेत्र परिमित तत्व सिमुलेशन सॉफ्टवेयर में एक नई परियोजना का नाम है ।
2. खींचें उपकरण बॉक्स-विश्लेषण सिस्टम प्रोजेक्ट के लिए एक स्पष्ट डायनेमिक विंडो योजनाबद्ध है । इंजीनियरिंग डेटा में डबल क्लिक करें और नई सामग्री जोड़ने, उपकरण बॉक्स पेड़ से उनके आवश्यक गुण खींच और इस प्रोटोकॉल के खंड 1 में प्राप्त मूल्यों को सम्मिलित करने, प्रत्येक सामग्री तदनुसार नामकरण.
3. ज्यामिति आयातकरने के लिए ज्यामिति पर दायां क्लिक करें । ब्राउज़ पर क्लिक करें और एसटीपी फ़ाइल चरण 3.1.6 में उत्पंन चुनें ।
4. मॉडल वातावरण खोलने के लिए स्पष्ट डायनेमिक के अंतर्गत मॉडल पर डबल-क्लिक करें ।
5. एक बार मॉडल वातावरण के अंदर, 3-डी तत्वों के लिए या परत अनुभाग में 2-डी तत्वों के लिए बिंदु द्रव्यमान संमिलित करने के लिए ज्यामिति पर राइट-क्लिक करें, केंद्रित जनता या समग्र layup, क्रमशः परिभाषित करने के लिए । ज्यामितिके तहत प्रत्येक घटक के लिए, उचित सामग्री और सतहों की मोटाई विस्तार के तहत सौंपा जाना चाहिए -सामग्री।
6. समरूपी-समरूपता क्षेत्रडालने के लिए मॉडल पर राइट-क्लिक करें । YZ समरूपता विमान उचित सीमा की स्थिति देने के भविष्य के परिणामों के संदर्भ में सही ज्यामितीय समरूपता को परिभाषित करता है ।
7. ठीक से कनेक्शनसेट करने के लिए, सभी स्वचालित कनेक्शन हटाएँ और केवल शरीर बातचीत, घर्षण के रूप में परिभाषित छोड़ दें ।
8. जाल स्पष्ट विधि (चित्रा 4) के विवरण के तहत, तत्वों मिडसाइज नोड्स ड्रॉप और मध्यम प्रासंगिक केंद्र के साथ वक्रता पर आकार देने समारोह की स्थापना की । अधिकतम तत्व आकार 30 मिमी के लिए न्यूनतम 6 मिमी के साथ सेट करें ।
9. के अंतर्गत समानांतर संसाधन के लिए cpu की संख्या सेट करें उंनत अनुभाग का मेष टैब ।
10. वेग स्पष्ट गतिशीलता टैब के प्रारंभिक स्थितियों ट्री के अंतर्गत एक प्रारंभिक स्थिति के रूप में सेट करें ।
11. स्पष्ट Dynamics टैब पर राइट-क्लिक करके, सम्मिलितकरें का चयन करके, और निश्चित समर्थन चुनने के लिए कठोर बाधा और निश्चित विस्थापन को रोकने के लिए कि व्हील बाधा सीमा शर्तों सेट करें Z-अक्ष पर चलता है ।
12. विश्लेषण सेटिंग्स के अंतर्गत, समाप्ति समय (०.३ s) और चक्र की अधिकतम संख्या (२.५ x 10⁵), वेग प्राप्त करने के लिए आवश्यक आदानों, और काइनेटिक ऊर्जा (शून्य के बराबर) के संदर्भ में नियंत्रण सेट अप करें.
13. समाधानके तहत, समाधान जानकारी पर राइट-क्लिक करें काइनेटिक डालने के लिए- कुल-आंतरिक ऊर्जा इन परिणामों को ट्रैक करने के लिए । दूसरी ओर, समाधान जानकारीके तहत, समाधान आउटपुट ऊर्जा सारांश, समय वृद्धि, और ऊर्जा संरक्षणके संदर्भ में ट्रैक किया जा सकता है ।
14. हल पर क्लिक करें और कुल विरूपण के संदर्भ में परिणाम के विश्लेषण, तनाव, दबाव, कुल, आंतरिक और काइनेटिक ऊर्जा, और त्वरण ।

चित्रा 4: आधा वाहन मॉडल के लिए लागू परिमित तत्वों का जाल । यह आंकड़ा मॉडल के discretization से पता चलता है, समरूपता के कारण वाहन के आधे पर किया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Representative Results

मुख्य चेसिस के ऊपर रखना: प्रोटोकॉल के अंतिम परिणाम फाड़ना अनुक्रम है, यह भी प्लाई बुक कहा जाता है । हालांकि, जबकि लोड वितरण और झुकने पल और कतरनी बल के चित्र सरल ठोस यांत्रिकी विचार द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, प्रोटोकॉल के एक प्रमुख बिंदु वास्तविक सामग्री संपत्तियों का मूल्यांकन है । वास्तव में, भले ही संरचनात्मक डिजाइनर द्वारा की जरूरत मात्रा के कई सामग्री डेटा शीट में पाया जा सकता है, विनिर्माण चरण और अंय सामग्री के साथ बातचीत कच्चे माल की यांत्रिक प्रतिक्रिया बदल सकते हैं । इस सेक्शन में थ्री-पॉइंट बेंडिंग के लिए प्रयोगात्मक सेट-अप और ILSS टेस्ट दिखाए जाते हैं ( चित्रा 5देखें) । इन परीक्षणों से, यह सैंडविच laminas की झुकने ताकत का मूल्यांकन करने के लिए और Nomex कोर की कतरनी ताकत के लिए एक कम सीमा को खोजने के लिए संभव है; प्रतिनिधि तनाव-विस्थापन curves एक बुने हुए फाड़ना के दो अलग झुकाव के लिए चित्रा 6 में दिखाए जाते हैं । इसके अलावा, ILSS के चेसिस किनारों में फाड़ना प्रतिरोध का निर्धारण करने के लिए महत्वपूर्ण है, जहां सैंडविच एक फाड़ना हो जाता है ।

चित्रा 5: यांत्रिक परीक्षण । इन पैनलों (क) तीन बिंदु झुकने और (ख) ILSS के यांत्रिक परीक्षण दिखाते हैं । है नमूना आकार और लोडिंग की स्थिति में दिखाया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 6: तीन सूत्रीय झुकने परीक्षण का विशिष्ट परिणाम. इन पैनलों (a) [0/90]_n plies और (B) [± ४५]_n plies के लिए एक तीन-बिंदु झुका परीक्षण के विशिष्ट परिणाम दिखाते हैं । लोड से गणना तनाव लोड सेल द्वारा मापा जाता है और विस्थापन परीक्षण मशीन में एंबेडेड transducer द्वारा मापा जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 7में, फाड़ना दृश्यों, चेसिस मोल्ड पर क्षेत्र से परिभाषित क्षेत्र, दिखाया जाता है । फाड़ना दृश्यों का विस्तृत विनिर्देश तालिका 1में सूचीबद्ध है । तालिका आटोक्लेव इलाज प्रक्रिया है कि अनुक्रम में किया जाता है के तीन चरणों में विभाजित है, सबसे बाहरी लेमिना से शुरू, तो Nomex कोर और चिपकने वाला है, और अंत में भीतरी लेमिना ।

चित्र 7: डिज़ाइन प्रक्रिया का परिणाम । हर क्षेत्र एक अलग रखना-अप की विशेषता है । संख्याएं और रंग विभिंन क्षेत्रों को परिभाषित करते है जिनमें चेसिस संरचना विभाजित है, तालिका 1 देखें । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

*फेज 1*
p = 6 बार; t = 2 ज; T = १३५ ° c
Seq.	क्षेत्र	कोण	n °	सामग्री
पी १.१	वैश्विक	+ ४५ °	1	साटन T800
पृ १.२ (reinf)	1	0 °	1	उनी M46J
	2	९० °	1	उनी M46J
	3	+ ४५ °	1	उनी M46J
	1b	0 °	1	उनी M46J
पृ १.३ (reinf)	डी	0 °	2	उनी M46J
	सी	-४५ °	1	उनी M46J
	सी	+ ४५ °	1	उनी M46J
	ए, बी, सी, डी	-४५ °	1	उनी M46J
	ए, बी, सी, डी	+ ४५ °	1	उनी M46J
पृ १.४ (reinf)	बी	0 °	2	उनी M46J
	ए, डी, सी	९० °	1	उनी M46J
	ए, डी	९० °	2	उनी M46J
पृ १.५ (reinf)	डी	0 °	1	साटन T800
	डी	९० °	3	उनी M46J
	डी	0 °	1	साटन T800
	डी	0 °	3	उनी M46J
पी १.६	वैश्विक	0 °	1	साटन T800
*फेज 2*
p = 1, 5 बार; t = 2 ज; T = १११० ° c
पी २.१	वैश्विक	/	1	चिपकने वाली फिल्म
पी २.२	1, 2, 3	/	1	nomex 14 मिमी. 32Kg/
पी २.३	1b, D, 0	/	1	nomex 9 मिमी. 32Kg/
पी २.४	वैश्विक	/	1	चिपकने वाली फिल्म
*फेज 3*
p = 6 बार; t = 2 ज; T = १३५ ° c
पी ३.१	वैश्विक	0 °	1	साटन T800
पृ ३.२ (reinf)	डी	0 °	3	उनी M46J
	डी	0 °	1	साटन T800
	डी	९० °	3	उनी M46J
	डी	0 °	1	साटन T800
पृ ३.३ (reinf)	ए, डी	९० °	2	उनी M46J
	ए, डी, सी	९० °	1	उनी M46J
	बी	0 °	2	उनी M46J
पृ ३.४ (reinf)	ए, बी, सी, डी	+ ४५ °	1	उनी M46J
	ए, बी, सी, डी	-४५ °	1	उनी M46J
	सी	+ ४५ °	1	उनी M46J
	सी	-४५ °	1	उनी M46J
	डी	0 °	2	उनी M46J
पी ३.५	1b	0 °		उनी M46J
	3	-४५ °	1	उनी M46J
	2	९० °	1	उनी M46J
	1	0 °	1	उनी M46J
पी ३.६	वैश्विक	+ ४५ °	1	साटन T800

तालिका 1: चेसिस के फाड़ना अनुक्रम । इस तालिका के चेसिस के विभिंन क्षेत्रों के लिए करना, चित्रा 7में परिभाषित के विनिर्देशन से पता चलता है । यह तीन अलग फाड़ना चरणों कि अनुक्रम में किया जाता है में विभाजित है ।

एक बार चेसिस की संरचना निर्धारित किया जाता है, एक टाइटेनियम रोल पिंजरे है दौड़ नियम²⁰के अनुसार जोड़ा जाता है, और विशिष्ट संख्यात्मक परीक्षण के लिए एक पूरे के रूप में वाहन के प्रतिरोध को सत्यापित करने के लिए चला रहे हैं और, ज्यादातर, संरचनात्मक की घुसपैठ के अभाव रहने वालों की ओर भाग । चित्रा 8में, प्रभाव-समकक्ष स्थैतिक लोड के निर्देश दिखाए जाते हैं, और चित्रा 9 में इसी विस्थापन नक्शे का मूल्यांकन किया जा सकता है । इस चरण में, केवल एक योजनाबद्ध ज्यामिति गणना के लिए प्रयोग किया जाता है, जबकि पूर्ण ज्यामिति क्रैश परीक्षण के अंतिम सत्यापन के लिए प्रयोग किया जाता है ।

चित्र 8: क्रैश-समतुल्य स्थैतिक लोड निर्देश । विनियमों के अनुसार, वाहन का ढांचा चित्र में दिखाए गए दिशाओं में 6 ग्राम बार कुल द्रव्यमान के बराबर एक स्थैतिक बल द्वारा लोड किया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 9: गणना विस्थापनों का नक्शा. यह आंकड़ा चित्र 8में परिभाषित मामलों में गणना किए गए विस्थापनों का उदाहरण दिखाता है । विस्थापन में रहने वालों की निकटता में किसी भी क्षेत्र में 25 मिमी से कम होना चाहिए । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

लीफ स्प्रिंग: प्रोटोकॉल के परिणाम विरोधी रोल क्षमता के साथ एक समग्र अनुप्रस्थ पत्ता वसंत का अनुकूलन है । इसके डिजाइन के लिए विभिंन विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा किया है: सामग्री के नीचे एक तनाव अधिकतम लोड के लिए एक स्वीकार्य, एक विशिष्ट कठोरता, और एक ंयूनतम वजन । आदेश में इन आवश्यकताओं के सभी को पूरा करने के लिए, एक अनुकूलन विश्लेषणात्मक मॉडल प्रस्तुत किया है । मॉडल के लिए धंयवाद, यह तेजी से इष्टतम ज्यामिति और वैचारिक रूप से प्राप्त करना संभव है । मॉडल की सटीकता परिमित तत्व विधि द्वारा सत्यापित किया गया है और एक 1/5-पैमाने पर पत्ती वसंत पर एक प्रयोगात्मक परीक्षण । छोटा पत्ता वसंत डबल केंद्र में समर्थित है (जो १०० मिमी spans) और छेद करने के लिए इसी छोर पर लोड (जो १९० मिमी) १,००० N के साथ प्रत्येक पक्ष के लिए अवधि । पत्ती वसंत की अनुकूलित ज्यामिति और प्लाई-बुक क्रमशः चित्रा 10 और तालिका 2में रिपोर्ट कर रहे हैं ।

चित्रा 10: पत्ती वसंत ज्यामिति के अनुकूलित नमूना । यह आंकड़ा एक संख्यात्मक मॉडल को मान्य करने के लिए भंग करने के लिए परीक्षण किया जाता है कि स्केल्ड लीफ स्प्रिंग की ज्यामिति से पता चलता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

*आटोक्लेव इलाज*
p = 6 बार; t = 2 ज; T = १३५ ° c
Seq.	क्षेत्र	कोण	n °	मोटाई	सामग्री
				मिमी
समाप्त होता है 10	समाप्त होता है 10	0 °	1	०.२३	TW T300 200g/एम ^ 2
सभी २००	सभी २००	0 °	#	1	उद T1000 100gm/एम ^ 2
मध्ये १२५	मध्ये १२५	0 °	1	०.२३	TW T300 200g/एम ^ 2
मध्ये १७५	मध्ये १७५	0 °	1	०.२३	TW T300 200g/एम ^ 2
सभी २००	सभी २००	0 °	1	०.२३	TW T300 200g/एम ^ 2
मध्ये १७५	मध्ये १७५	0 °	1	०.२३	TW T300 200g/एम ^ 2
मध्ये १२५	मध्ये १२५	0 °	1	०.२३	TW T300 200g/एम ^ 2
सभी २००	सभी २००	0 °	#	1	उद T1000 100gm/एम ^ 2
समाप्त होता है 10	समाप्त होता है 10	0 °	1	०.२३	TW T300 200g/एम ^ 2

तालिका 2: पत्ती वसंत के फाड़ना अनुक्रम । इस तालिका पत्ता वसंत के विभिंन क्षेत्रों के लिए करना-अप के विनिर्देशन से पता चलता है ।

विश्लेषणात्मक मॉडल के अनुसार, पत्ती वसंत १२.२ mm के एक अधिकतम विस्थापन होना चाहिए और एक अधिकतम ९७० MPa के झुकने तनाव विकसित, दो केंद्रीय समर्थन करता है के बीच लगातार ।

प्रोटोकॉल के चरण २.७ में वर्णित के रूप में परिमित तत्व विश्लेषण किया गया था और परिणाम चित्र 11में रिपोर्ट की गई हैं । इसकी प्रमुख धुरी के साथ पत्ती Equation 50 वसंत की बाहरी सतह पर प्रमुख दिशा में तनाव ग्राफ में साजिश रची है । यह अवधि के बीच लगभग स्थिर है और ९२२ MPa के बराबर है और, तो, रैखिक लोड आवेदन बिंदु की ओर कम हो जाती है । सामग्री Equation 50 (१,४५० MPa) की अधिकतम संपीड़न तनाव से नीचे होने के बावजूद, 3-डी हशिण विफलता कसौटी चित्रा 10 में प्लॉट किया गया 1 से अधिक विफलता सूचकांक के साथ एक क्षेत्र से पता चलता है, जो फाइबर विफलता के कारण होता है (लाल रंग में प्रकाश डाला) और है बाहरी उद plies के लिए ज्यामिति के एक अचानक परिवर्तन करने के लिए जुड़े, कोर की रुकावट प्लाई की वजह से । सभी जबकि, विस्थापन लोड आवेदन बिंदु पर फेम द्वारा गणना १२.८ मिमी है ।

चित्र 11: पत्ती वसंत परिमित तत्व मॉडल पर संख्यात्मक सिमुलेशन झुका । यह आंकड़ा हशिण विफलता सूचकांक और अधिकतम प्रमुख तनाव के मामले में छोटा पत्ता वसंत पर फेम सिमुलेशन के परिणाम से पता चलता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक मॉडल की विश्वसनीयता को सत्यापित करने के लिए, प्रक्रिया द्वारा सुझाए गए अनुसार, स्केल्ड लीफ स्प्रिंग को प्रायोगिक रूप से जांचा जाना चाहिए । परिणाम, चित्र 12के ग्राफ में रिपोर्ट, १,९८० n के टूटना से पहले एक अधिकतम लोड से पता चलता है (९९० n प्रत्येक पक्ष के लिए), १५.१ मिमी की एक अधिकतम विस्थापन के साथ. इसलिए, अधिकतम विस्थापन के संदर्भ में, विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक मॉडल यह-19% और-15%, क्रमशः मूल्यवान समझना । दिलचस्प है, विफलता मोड और नुकसान का परीक्षण नमूना पर मनाया (चित्रा 11) संख्यात्मक मॉडल परिणामों के साथ सहमत हैं ।

चित्र 12: पत्ती स्प्रिंग के स्केल्ड मॉडल पर चार-पॉइंट झुका प्रायोगिक परीक्षण । यह आंकड़ा स्केल्ड लीफ स्प्रिंग के लिए परीक्षण सेट-अप और लोड-विस्थापन वक्र दिखाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

क्रैश टेस्ट: परिमित तत्व विश्लेषण यथार्थवादी परिणाम अलग दुर्घटना परिदृश्यों के तहत वाहन व्यवहार को समझने में इंजीनियरों का समर्थन करने के लिए उत्पादन कर सकते हैं । वास्तविक जीवन की स्थिति को चलाने के बजाय, यह और अधिक समय कुशल और लागत प्रभावी कार दुर्घटनाओं ANSYS जैसे वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर का उपयोग अनुकरण करने के लिए है । वर्तमान परिणाम कैसे इन सिमुलेशन मोटर वाहन इंजीनियरिंग समुदाय के लिए योगदान कर सकते है का एक उदाहरण हैं ।

कार के discretized परिमित तत्व मॉडल तत्वों और ७९९५० और ७९८२२, क्रमशः के नोड्स के एक नंबर प्रस्तुत किया । एक प्रारंभिक शर्त के रूप में, यह एक ६० किमी प्रभाव की गति है, जहां वाहन की काइनेटिक ऊर्जा लगभग ०.३ एस में कमी (13 चित्रा), संपर्क और कार संरचना के भीतर आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जा रहा अपनाया ।

चित्र 13: क्रैश टेस्ट ऊर्जा चार्ट । इन पैनलों क्रैश टेस्ट ऊर्जा चार्ट के (क) काइनेटिक ऊर्जा और (ख) आंतरिक ऊर्जा दिखा । एक दुर्घटना की घटना के दौरान ठेठ ऊर्जा प्रवाह चित्रण चार्ट । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 14Aमें नमूना तनाव नक्शे से, वाहन अखंडता की स्थिति का आकलन किया जा सकता है । यह सर्वोपरि महत्व का है यात्रियों की सुरक्षा के लिए संभव नुकसान का निर्धारण करने के लिए, के रूप में यह एक संभावित ढीला रोल पिंजरे बार, सीटों की टुकड़ी, या यहां तक कि चालक की ओर स्टीयरिंग बार के एक विस्थापन के मामले में होगा । चित्रा 14B में दिखाए गए मामले में सबसे प्रमुख विस्थापन ९५ mm रेंज के भीतर शामिल हैं, और दोनों कार के सामने, सदमे की वजह से होते हैं, और रोल पिंजरे सलाखों कि सीटों से जुड़े रहे हैं ।

चित्रा 14: एक ललाट दुर्घटना परीक्षण के दौरान अधिकतम समकक्ष तनाव और अधिकतम विस्थापन की विशिष्ट आकृति । इन पैनलों शो (क) बराबर तनाव और (ख) विस्थापन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

1 तालिकासे, यह सूचना है कि एकल laminas सममित नहीं हैं, जबकि पूरे सैंडविच है संभव है । इस plies, तकनीकी ंयूनतम, और वांछित यांत्रिक गुणों के दोनों कम से अधिक संख्या होने की आवश्यकता के कारण है ।

एक तरफ, खंड 1 के रूप में चिह्नित/1b, 2, 3 चित्रा 7 में समग्र यांत्रिक गुणों के लिए जिंमेदार है, उच्च शक्ति सुदृढीकरण के उंमुखीकरण जा रहा है एकतरफ़ा उन दोनों के बीच मुख्य अंतर प्लाई । दूसरी ओर, ए, बी, सी, और डी के रूप में चिह्नित वर्गों को खाते में निलंबन प्रणालियों के और यात्रियों की सीटों के केंद्रित भार लेने के लिए संशोधित कर रहे हैं, पत्ती स्प्रिंग्स की उपस्थिति के कारण ।

कंपोजिट चेसिस के विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया परिमित तत्व मॉडल एक शेल टोपोलॉजी पर आधारित है । शैल तत्वों समग्र संरचनाओं reproducing के लिए एक उपयुक्त विकल्प हैं, के रूप में वे ठोस तत्वों से काफी सरल जाल के साथ पतली दीवारों निकायों के झुकने कठोरता पर कब्जा करते हैं । दूसरी ओर, सातत्य शैल या ठोस तत्वों का सहारा जब मोटी सैंडविच संरचनाओं या खड़ी तनाव ढाल के साथ क्षेत्रों मॉडलिंग पर विचार किया जाना चाहिए; शैल और सातत्य शैल तत्वों पर तुलनात्मक चर्चा²⁴^,²⁵प्रदान की गई है ।

स्थैतिक विश्लेषण का मुख्य उद्देश्य है कि कठोरता और संरचना की ताकत की आवश्यकताओं को पूरा सत्यापित कर रहा है । कठोरता आवश्यकताओं को सुनिश्चित करने से सीधे लागू कर रहे है कि प्रत्येक लोड मामले के तहत वाहन के विरूपण नियमों की सीमा के भीतर है (यानी, वाहन का कोई हिस्सा रहने वालों के कमरे में प्रवेश) । संरचना की शक्ति का आकलन हशिण के समग्र plies के²⁶ नुकसान का मूल्यांकन करने पर आधारित है; अर्थात्, हशिण के मापदंडों को कड़ाई से 1 से कम होना चाहिए । के रूप में अलग हानिकारक मोड मिश्रित टुकड़े करने की वैश्विक विफलता के लिए योगदान, संचई क्षति मानदंड का उपयोग करें (जैसे, हशिण) की सिफारिश की है; अधिकतम तनाव मानदंड धातु घटकों के लिए उपयुक्त हो सकता है ।

साहित्य हल्के समग्र पत्ती स्प्रिंग्स के डिजाइन अनुकूलन के लिए विभिंन समाधानों का प्रस्ताव किया है, लेकिन उनमें से ज्यादातर केवल एक ही पहिया²⁷^,²⁸ कनेक्ट (कोई antiroll क्षमता) या केवल अर्क मोल्ड के लिए उपयुक्त है प्रौद्योगिकी (डबल पतला)²⁹। यहां प्रस्तुत पत्ती वसंत के डिजाइन prepreg फाड़ना प्रक्रिया है, जो एक डबल पतला डिजाइन समाधान की अनुमति नहीं है लेकिन उच्च सामग्री शक्ति और विश्वसनीयता की गारंटी देता है द्वारा एक प्राथमिकताओं विवश है ।

पत्ती वसंत का अभिनव पहलू एक में दो घटकों के कार्यात्मक एकीकरण है (वसंत और antiroll बार) और मुख्य लाभ बड़े पैमाने पर कमी है । इसके अलावा, प्रस्तावित विश्लेषणात्मक मॉडल के लिए धन्यवाद, यह आगे द्रव्यमान को कम करने के लिए संभव है और सेट अधिकतम लोड और विस्थापन के लिए इष्टतम ज्यामिति तेजी से मिलता है ।

स्थानीय तनावों और बाहर के विमान लोगों, जो विश्लेषणात्मक मॉडल द्वारा की सराहना नहीं किया जा सकता है, परिमित तत्व विधि द्वारा मूल्यांकन कर रहे हैं, और पत्ती वसंत समग्र एकल परतों ईंट तत्वों के साथ मॉडलिंग कर रहे हैं । यह समाधान गणना से भारी गोले का उपयोग कर रहा है, लेकिन अनुमति देता है, हशिण के साथ संयोजन में, 3-डी विफलता मानदंड के बाहर के विमान भार है, जो पत्ती वसंत डिजाइन का एक महत्वपूर्ण पहलू है की वजह से फाड़ना भविष्यवाणी करने के लिए । अंत में, पत्ती वसंत के डिजाइन के लिए विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक मॉडल एक छोटा पत्ता वसंत पर एक प्रयोगात्मक परीक्षण द्वारा मान्य किया गया है.

दुर्घटना परीक्षण के बारे में, रोल पिंजरे के अपेक्षाकृत ऊंचा विस्थापन, हालांकि यह चिंता का विषय का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, मुख्य रूप से इसके सामने पट्टी के लेआउट के लिए जिंमेदार ठहराया है । यह एक विशिष्ट संरचनात्मक उद्देश्य है जो रोल पिंजरे, के लिए चेसिस द्वारा अवशोषित किया जाना चाहिए कि ऊर्जा के अधिकांश स्थानांतरित करने के लिए जिम्मेदार है, यह कोई घटता और प्रभाव दिशा के साथ एक तेज कोण पर, साथ रखा गया है, जो तीव्र तरीके से यह . इस कारण से, रोल पिंजरे वाहन के पीछे करने के लिए धक्का दिया है, जिससे सीटों के लिए अपने लगाव क्षेत्रों पर एक ऊंचा तनाव पैदा कर रहा है । यह ध्यान देने वाली बात है कि, किसी भी सुरक्षा सुविधाओं है कि संभावित पर सुधार किया जा सकता है के बावजूद, चेसी की ंयूनतम विकृति और तथ्य यह है कि कोई घटक प्रवेश/यह स्पष्ट है कि वाहन के डिजाइन माना जाता है बना सुरक्षित इसके crashworthiness के संबंध में ।

इसलिए, एक पूरे के रूप में वाहन के संरचनात्मक डिजाइन माना जाता है सामग्री के उपयोग के मामले में अनुकूलित किया गया है, जहां व्यापक गणना प्रोटोकॉल में दिखाया एक चेसी के डिजाइन के लिए आवश्यक है और पत्ती के लिए स्प्रिंग्स कि सिलवाया रहे थे के लिए प्रकाश और एक बढ़ाया यांत्रिक प्रदर्शन पेश करने के लिए । इसके अलावा, एक संख्यात्मक दुर्घटना परीक्षण सिमुलेशन के माध्यम से, वाहन संरचना का प्रदर्शन किया है कि यह सफलतापूर्वक एक पूर्ण ललाट अपने इष्टतम ऊर्जावान दक्षता पर कार की औसत वेग पर विचार प्रभाव द्वारा आस्थगित गति झेलने में सक्षम है ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखकों को उनके आवश्यक समर्थन और Marko Lukovic जो क्रूजर के सौंदर्य डिजाइनर था के लिए Onda सोलर स्पोर्टस एसोसिएशन (www.ondasolare.com) के सभी सदस्यों को धंयवाद देना चाहता हूं । इस अनुसंधान गतिविधि यूरोपीय संघ और एमिलिया के वित्तीय सहायता के साथ महसूस किया गया था-Romagna क्षेत्र के अंदर-FESR 2014-2020, 1 धुरी, अनुसंधान और नवाचार ।

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
CFRP Twill T300 200g/m^2	Impregantex	GG 204T2 IMP 503Z 46%
CFRP UD STS 150g/m^2	DeltaPreg	STS-150 - DT150 - 36%
CFRP UD M46J 150g/m^2	Cytec	MTM49-3 M46J (12K) 36%
CFRP UDT1000 150	Cytec	X01 - 36% T1000 (12K)
Honeycomb	DuPont	Nomex 9-14 mm
Universal Testing Machine (UTM)	Instron	Instron 8033 250 kN
FEM	Ansys	Ansys 18
Numerical computing Enviroment	Matworks	Matlab R2018a

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References

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Engineering

संरचनात्मक डिजाइन और एक क्रूजर वर्ग के विनिर्माण सौर वाहन

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