Name: 巡洋艦の構造設計・製作クラスのソーラーカー (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 57 s
Description: 学ぶ、炭素繊維強化プラスチック製ソーラーカーの構造設計手法。有限要素法によるモノコックシャーシとリーフスプリングの解析、衝突試験シミュレーションによる安全性評価の最適化プロセスを解説する。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

著者はの本質的な支援とクルーザーの審美的なデザイナーであったマルコ Lukovic 恩田ソラーレ スポーツ協会 (www.ondasolare.com) のすべてのメンバーに感謝しますこの研究活動は、ポー FESR 2014 年 2020 年、軸 1、研究と技術革新の中のエミリア = ロマーニャ州地域の欧州連合の金融サポートを実現しました。

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

著者が明らかに何もありません。

表 1から単一の杉、対称ができず、全体のサンドイッチがお知らせすることが可能です。これは両方最低を持っていることの必要性のため、所望の機械的特性、技術の最低層の数。
1 つの側面のセクション設定 1/1 b、2、図 7の 3、高強度補強筋の単方向層の向きに主な違いをされている、全体的な機械的性質を担います。反対側で、セクションは A、B、C、および D はリーフ スプリングの存在のための乗客の座席の懸濁液システムの集中荷重を考慮する変更済みとしてをマークしました。
複合シャーシの解析に使用する有限要素モデルは、シェルのトポロジに基づいています。シェル要素は、固体要素よりも大幅に簡単メッシュ薄壁体の曲げ剛性をキャプチャする傾向がある複合構造を再現するための適切なオプションです。一方、連続体シェルまたはソリッド要素に頼ること考慮すべき厚いサンドイッチ構造や急激な応力勾配; 地域をモデル化するときシェルとの連続性のシェル要素の比較検討は、24,25を提供しています。
静的解析の主な目的は、構造体の耐力・剛性が要件を満たすことを確認しています。各荷重ケースの下で車両の変形が規制の範囲内であることを確認して直接剛性要件が適用されます (すなわち車両のいかなる部分に浸透し居住者の部屋)。構造体の強度評価は Hashin のダメージ26複合層; の評価に基づいてください。すなわち、Hashin のパラメーターには 1 よりも小さい必要があります。複合材料の世界的な失敗に貢献するさまざまな有害なモード、ラミネート、累積損傷基準の使用 (例えばHashin の) はお勧め。最大応力基準は、金属部品に適した可能性があります。
文献は軽量のコンポジット リーフ スプリングの設計最適化について様々 な提案が、それらのほとんどだけ単一の車輪27,28 (antiroll 機能なし) を接続または注入金型に適しているだけ技術 (二重円すい)29。紹介するリーフ ・ スプリングの設計制約あるアプリオリプリプレグ積層二重テーパー設計ソリューションを許可しませんが、素材は高強度と信頼性を保証するプロセスによって。
リーフ スプリングの革新的な側面 (ばねおよび antiroll のバー) のいずれかで 2 つのコンポーネントの機能の統合は、主な利点は質量の削減。また、提案の分析モデルのおかげで、さらに質量を低減し、セットの最大荷重と変位の高速最適なジオメトリを取得可能です。
有限要素法による応力・ひずみ・面外解析モデルによる評価すること、ものが評価され、リーフ スプリングの複合単一レイヤーがレンガ要素でモデル化します。このソリューションでは、シェルを使用するよりも負荷重いですが面外荷重によるリーフ スプリングの設計の重要な側面である層間はく離を予測する 3次元破壊基準を Hashin との組み合わせで可能します。最後に、リーフ スプリングの設計のための解析解と数値モデル縮小バネの実験によって確認されました。
クラッシュ テストに関して、ロールケージの比較的高い変位の懸念の問題ではありませんが、主に起因するそのフロント バーのレイアウト。その noncurved 形状と、鋭い方法であるそれが置かれる、ない曲線と影響を与える方向に鋭角には明確な構造目的のあるロールケージにシャーシに吸収すべきエネルギーの大部分を転送するための責任.このため、ロールケージが席にその添付ファイル領域の高圧力を引き起こして、車両の後部にプッシュされます。それは、にもかかわらず任意の安全性の潜在的改善される可能性があります機能、モノコックと事実をコンポーネントに浸透/穴あきない他の変形が少なく、明らかに車両のデザインが考えられているに注意してくださいすることが重要その耐衝撃性に関して安全です。
したがって、全体としては、車両の構造設計はプロトコルでは, 大規模な計算はモノコックの設計に合わせて調整されたリーフ スプリングに不可欠の材料の使用量の面で最適化されていると光強化された性能が存在します。さらに、数値のクラッシュ テスト シミュレーション、車両の構造を示した正常にその最適なエネルギー効率の車の平均速度を考慮したフル前頭影響によって推論される勢いを耐えることができるであります。

太陽車は、陸上輸送に使用される太陽電池式車両です。最初の太陽車は 1955 年に発表された: それは 12 のセレン光電池と小さな電気モーター1成っている小さな 15 インチ モデルだった。その成功のデモ以来大きい努力なされた太陽電池持続可能なモビリティの実現可能性を証明するために世界中。
太陽車2の設計は普通条件がかなり限られている車へのエネルギー入力量によって深刻な制限されます。いくつかのプロトタイプは、主に太陽動力車がない商業公共の使用のため設計されています。実際には、太陽車はコスト、範囲、および機能の面で特に、彼らの現在の制限を与えられる日常生活の中で一般的な使用からはほど遠いようです。同じ時に、レベルの設計と製造、航空宇宙、代替エネルギーなどの先端産業分野で通常使用されている技術を組み合わせることで、新たな方法論の開発のための有効なテスト ベンチを代表していると自動車。さらに、ほとんどの太陽車ソーラーカー レース、病的イベント参加者が、主に大学とそれぞれの技術的な問題に最適なソリューションの研究を自慢している研究センター、世界各地を目的として造られました。特に、(例えば世界の太陽挑戦) の最も重要な競争の主催者のより伝統的なこれらの極端な車をできるだけ近いをもたらすことを目指して競技規則の開発戦略を採用していますトランスポートの手段です。具体的には、多くの年後、車両がシングルシーターと設計されたクルーザー車のできるだけ早くの創発的カテゴリーとしてルートを旅行する最近導入されより多くの乗客の効率的な輸送のために開発。
これらの車の技術的な要件がさらに厳しいとなっています。実際には、だけでなく、最大のエネルギー効率を保証する必要がある、さまざまな機能にリンクされているより複雑な工学条件も遵守しなければなりません。たとえば、居住者の大きい数を輸送の可能性の場合、安全性とドライバビリティの条件を保証する困難になります。努力は、全体的な重量の増加と内部のスペースを削減する必要があります、一方困難の力学の位置決めを作るはるかに大きいバッテリー パックを挿入する必要のためにより複雑に作られています。
材料の使用および生産の異なるビジョンを含む、新しい設計思想に接近しなければなりません。まず、材料は高い強さに重量の比率に基づいて選択する必要があり、炭素強化繊維プラスチックが最適なソリューションを表す直接的な結果として。さらに、デザインに特定の計略が実行されなければなりません。
本稿では、そのモノコック シャーシ、懸濁液、および計算のクラッシュ テストもなど、太陽の車の最も重要な部品のいくつかのデザインに採用されている手順が描かれています。最終的なスコープは、急速に空力特性とレースのルールとトレードオフで、最小限の重量と太陽車を得ることです。
明らかに、抵抗と重量の比率の面で最適材料を検索は、CFRP プリプレグのオートクレーブ成形をされている技術は、採用によって制限されます。選択したメソッドの目的は、有限の可能性の範囲内で層の類型化の観点から、レイアップの面で最適な材料の選択の迅速定量法です。実際には、複合材料で設計は同時選択セクションの幾何学的性質、特定の材料および適切な技術を意味する (がであるケースを紹介ここでは、決められた演繹的頻繁に発生)。
太陽電池の電気車のためのいくつかの有名な長距離パフォーマンス大会開催されている最後の十年では、世界的な上位ランクの大学と研究センターはこのようなモビリティの開発の主な促進剤を含む技術。しかし、知的財産の境界との提携でこの研究分野を実行する競争は、問題に関する知識の普及のために真剣に制限要因です。この理由で、いくつか (そして時々 時代遅れに) 参照のソーラーカー デザイン アカウントに関する文献全体の研究はこれに基づいている場合にもアンケート3である理由など、現在の作品の実現お勧めします。
車両のデザインの改善されて独立して共通の目標をつねにめざし: より多くのエネルギー効率の達成。生産的なデザインに基づいて変更されますない常に最先端の技術、彼らは、単に基づいて (砂漠で開催された大会のため特に重要である安定性を高めるため車両の重心を下げるなどのメカニックとして横風による地域4突風5) 車両パーツ6の重量を減らすことまたは -電気自動車全体の軽量化の 10% が省エネルギー7年 13.7% までを推測できるのです。徹底した経営戦略もよくイベントで使用されるレース最高のパフォーマンスを保証するために、エキサイティングな最高速度 130 km/h、800 km 以上の最後の単一料金で取得できます巡洋艦クラスの車8。
車両の空力5,9,10の研究は、走行中に空気と滑らかさから少し抵抗を確保するために重要な制御される主要な側面がドラッグ係数の低減は少ないエネルギーと車が安全にかつ安定しているより高い速度でも、地面を保証する負保たれなければならない揚力係数を過ごしながら移動する車を許可します。
設計するもう一つの重要なパラメーターは快適性、安定性、および安全性を提供する唯一の目的で通常の車両で一般的に適用される懸濁液システムが太陽車のそれはまたライトをある必要があります。199911ファイバーグラスのリーフ ・ スプリングを含む研究の最近では、炭素繊維12以来この重要な側面が検討されているウィッシュボーン リンク13を構成するを使用する場合は重量だけではなくを提供すると証明削減も強化された安全係数。二重ウィッシュポーンの懸濁液、太陽電池車14でより頻繁に使用されます間違いなく、現在の研究は、それを炭素繊維を構築横断リーフ スプリングはミリメートルフロントブレーキローターバネ減少重量とシンプル、軽量サスペンション システムと見なします。
最も著名な既存の4,8 不可欠な設計制約をされるパフォーマンスの利点を付与するシャーシの製造に関してはカーボンファイバー製モノコック構造の建設を証明しています。 ,15ソーラーカー チーム。炭素繊維の使用量は、車両の実行に不可欠な計算構造コンポーネント (またはシャーシのように、同じ構造体のさまざまな部分) の各 1 つが繊維の層の最適な量を手段を構築するチームを許可します。向き。そのためこの作品でプロパティを評価されている素材は 3 点曲げ試験、層間せん断強度 (ILS) 試験などの実験を標準化しました。
治療サイクル中に寸法安定性を確保するために建設一般に真空包装およびオートクレーブ4 、自分の順番で正確に粉砕の高密度泡、またはアルミニウム パターン積層炭素繊維金型を成形となされます。部品の大半はサンドイッチ構造 (すなわち肌と非常に低体重を運ぶ複合曲げ抵抗性を属性に役立つ非常に軽量芯材に繊維) によって構成されます。また、炭素繊維は、共鳴現象12に対して高い振動安全性のレベルを提供するために有利なもです。
クラッシュ イベントで乗客の安全性を証明することを目指して、クラッシュ テストは通常サンプル車で時間がかかると不経済、実験的、破壊的なテストを含みます。広大な人気を得ている 1 つの最近の傾向はコンピュータ シミュレーションのクラッシュ テストでは、これらのシミュレーションが (例えば、フルラップ、オフセットの正面、側面の影響、およびロール オーバー) の影響の種類の中に車の乗員の安全性を調査.現在の調査は道車数値モデリングを経由しての可能性でクラッシュの分析の重要性を考えると、両方の最大のストレスの面で、太陽の車の最も重要な領域を識別する目指すと変形構造の改善の仮説を可能にするため。
ここ実施太陽車数値クラッシュ テストは前例のないです。邦語文献研究とこの太陽車の革新的なアプローチのための特定の規則を考慮すれば、平均速度で堅い障害車両の影響を考慮した適応としました。そのためは、車両とシミュレーション (含むメッシュ憲法とシミュレーション セットアップ) のジオメトリ モデル別の適切なソフトウェアで行われています。車両の構造用炭素繊維の使用量も、耐衝撃性の動作については、すでに電気自動車16の衝突テストで、ガラス繊維の複合材料などの他の材料よりも高いことが示されているによって正当化されます。

<table><tbody><tr><td>CFRPツイルT300 200g / m ^ 2</td>イン<td>プレガンテックス</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>CFRP UD M46J 150g / m ^ 2</td><td>Cytec</td><td>MTM49-3 M46J (12K) 36%</td><td></td></tr><tr><td>CFRP UDT1000 150</td><td>Cytec</td><td>X01 - 36% T1000 (12K)</td><td></td></tr><tr><td>ハニカム</td><td>デュポン</td><td>ノーメックス 9-14 mm</td><td></td></tr><tr><td>万能試験機(UTM)</td><td>Instron</td><td>Instron 8033 250 kN</td><td></td></tr><tr><td>FEM</td><td>Ansys</td><td>Ansys 18</td><td></td></tr><tr><td>数値計算 環境</td><td>Matworks</td><td>Matlab R2018a</td><td></td></tr></tbody></table>

巡洋艦の構造設計・製作クラスのソーラーカー

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

巡洋艦は長距離で競うために考案、複数の乗員太陽車 (3,000 km 以上) エネルギー消費量とペイロードの最良の妥協点に基づいて太陽のレース。彼らはレースの全体の寸法、太陽電池パネルのサイズ、機能、および安全および形状、材料、パワートレイン中の構造要件に関する規則に従う必要があり、メカニック デザイナーの裁量と見なされます。この作品のフル カーボン繊維強化プラスチック太陽車の構造設計プロセスの最も関連性の側面を説明します。特に、シャーシ、リーフ スプリングの構造解析およびセーフティ ・ ケージを含む車両のクラッシュ テスト シミュレーションの積層順序の設計のために使用されるプロトコルを示します。繊維強化複合材料構造の設計の複雑さは、仕立ての力学特性および車の全体の重量を最適化の可能性によって補償されています。

この作品でいくつかの側面は、モノコック シャーシ、リーフ スプリングに焦点を当て、プラスチック太陽車の詳細し、クラッシュ時に全体として車両をテストにおける炭素繊維の構造設計プロセスに関連。

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 ...

クルーザーは、エネルギー消費量とペイロードの間の最良の妥協に基づいて長距離ソーラーレースに出場するために考案されたマルチ乗員ソーラー車両です。彼らは、全体的な次元、安全性、および機械的要件に関するレースルールに準拠する必要がありますが、形状、材料、パワートレイン、および力学は、設計者によって決定することができる他の側面。本研究では、フルカーボン繊維強化プラスチックソーラー車の構造設計プロセスの最も関連する側面のいくつかを詳述する。シャーシの積層シーケンスの設計、リーフスプリング構造解析、および車両の衝突試験シミュレーションに使用されるプロトコルを示します。繊維強化複合構造の設計方法の複雑さは、その機械的特性を調整し、車の全体的な重量を最適化する可能性によって補償されます。候補のシャーシ設計を開発した後、有限要素シェルモデルを作成します。有限要素モデリングソフトウェアにシャーシ設計をインポートします。[材料]で、単炭素繊維強化ポリマーの特性を定義するファイバータイプを選択します。[弾性] 動作を選択します。そこから、工学定数が適切であることを確認します。次に、ハシン損傷パラメータを表示します。必要な値を持っていることを確認します。材料特性の設定を終了します。次に、コンポジット レイアップ セクションを作成します。ここで、各炭素繊維強化ポリマープライは、配列、材料、厚さ、および回転角度の順番によって定義される。次の手順では、[メッシュ]を選択して、不連続要素の分布を割り当てます。グローバル メッシュ シードのパラメータを確認します。ここでも、[メッシュ]で[要素タイプ]を選択します。次に、モデルの要素を選択します。シェル要素タイプを使用します。四角形の要素の形状を選択します。砂時計の効果が無視できる場合は、[統合の削減] を選択します。メッシュ要素の割り当てを続行します。メッシュを生成する準備ができたら、メッシュに戻り、部品確認を選択します。メッシュが完成したら、[アセンブリ]で、荷重と境界条件を適用するシャーシのインスタンスを作成します。[ステップ] フォルダーに移動します。そこで、分析手順を選択します。プロシージャが静的として定義されていることを確認します。また、非線形ジオメトリの動作がオフになっていることも確認します。次に、[荷重]に移動して、所定の荷重の適用を開始します。[ボディフォース]で、重力または一定の加速度のコンポーネントと分布を入力します。力の方向は、モデルと共にウィンドウに表示されます。次に、乗員による力などの集中力を特定します。フレーム上の正しい位置に適用されていることを確認します。車のバッテリーによる集中力のために同じ手順に従ってください。荷重を設定した後、境界条件を適用します。シャーシを外部負荷によって実行されるサポートされているボディと見なし、制約の位置を特定します。固定境界条件を使用します。出力を定義するには、フィールド出力要求に移動します。目的の選択を行います。ドメインがコンポジット レイアップであることを確認します。次に、[応力]で、出力変数が応力成分と不変量であることを確認します。また、[障害/フラクチャ]の下で確認します。そこで、Hashin 出力データを選択する必要があります。問題が発生したら、[OK] をクリックします。[分析] で、ジョブの設定を開始します。ジョブに名前を付け、モデルのソースを定義します。[続行] をクリックした後、必要に応じてコンピュータ環境の設定をカスタマイズします。完全な分析を実行することを選択します。完了したら、ウィンドウの変更を OK します。作成したジョブを右クリックし、[送信] を選択して実行します。出力を使用して、製造業者用の紙の本を作成します。設計は減らされた重量の簡単で軽い懸濁液システムのためのカーボン繊維の横の葉のばねを組み込む。リーフスプリングの設計は、全体のプロセスの一部として評価する必要があります。ANSYSワークベンチ有限要素シミュレータで最適化されたリーフスプリング設計をシミュレートします。ACP Pre内で、エンジニアリングデータをクリックします。次に、[エンジニアリング データ ソース] タブを選択します。[複合材料]フォルダに移動し、カーボン、単方向、および織物のプリプレグの既定のマテリアル プロパティをインポートします。完了したら、[エンジニアリング データ ソース] タブを閉じます。次に、[ジオメトリ]を右クリックします。次に、[ジオメトリを読み込み]を右クリックします。[参照]を選択して、リーフ スプリングの 4 分の 1 を表す CAD ファイルを検索して選択します。次に、モデルをダブルクリックします。新しいウィンドウが表示されると、リーフスプリングセグメントが表示されます。[モデル]でファイルを選択します。[グラフィックス プロパティ]領域で、任意のサーフェスの厚みを割り当てます。[モデル]を右クリックして[挿入]を選択し、そこから名前付き選択を選択します。ハイライト表示されたジオメトリフィールドをクリックし、モデル内の領域を選択して適用することにより、レイアップゾーンを定義します。モデルに必要な各ゾーンに対してこの手順を繰り返します。完了したら、[メッシュ]を右クリックします。次に、[メッシュを生成]をクリックして、デフォルトのメッシュを生成します。[機械]ウィンドウを閉じて続行します。ACP の事前画面で、セットアップ ウィンドウを開きます。ply のプロパティを定義するには、[マテリアル データ]フォルダに移動します。その中でファブリックを右クリックし、[ファブリックの作成]を選択して続行します。開いたウィンドウで、マテリアルを定義します。次に、プレプレグの厚さを割り当てます。次に、スタックアップを右クリックし、スタックアップを作成を選択して、これに従います。新しいウィンドウで、[ファブリック]ドロップダウンメニューに移動し、プロジェクトに必要な選択を行って、サブラミネート積み重ね順序を定義します。ロゼットフォルダオプションに移動し、ロゼットを作成するためにそれを右クリックします。ウィンドウで、[原点]をクリックして、ばねモデルに移動します。そこで、リーフばねの軸に沿ってクリックして、要素のローカル座標を定義します。ウィンドウを閉じてタスクを完了します。[方向選択セット]フォルダを右クリックし、選択セットを作成します。要素セットの場合は、まずエントリと点を選択します。ジオメトリで、任意の点をクリックして原点を定義します。また、ロゼットの下で、適切なロゼッタを割り当てます。各要素セットに対してこれを行います。この時点で、[モデリング グループ] フォルダーを開きます。定義されたモデリング グループが表示されます。モデリンググループを作成するには、フォルダを右クリックして[モデリンググループを作成]を選択します。新しいウィンドウで[OK]をクリックします。新しいグループを右クリックし、[Ply を作成]を選択します。配向された選択セット、層材料、および各層のレイヤ数を定義します。層のグループごとにこの手順を繰り返して、完全なスタック シーケンスを定義します。ACP ウィンドウを閉じます。[ツールボックス] から[静的構造解析]をワークスペースにドラッグします。次に、ACP プリセットアップを静的構造のモデルにドラッグし、[ソリッド複合データを転送]を選択します。[静的構造]の下の[モデル]をダブルクリックします。ここで、対称性と拘束境界条件を適用します。[静的構造]を右クリックし、[挿入]を選択し、[変位]を選択します。次に、ジオメトリの拘束サーフェスを選択します。適切なコンポーネントを 0 に設定して、コンポーネントを拘束します。力のために同じ手順に従ってください。目的の対称性が尊重されていることを確認します。[解析]をクリックして、線形弾性としてモデルを解析します。プロジェクト回路図で、ツールボックスに移動し、ACP の前の下のモデルに ACP ポストをドラッグします。静的構造解析を ACP ポストの下の結果にドラッグします。次に、ACP ポストの下の [結果] をダブルクリックします。故障基準を作成するには、[定義]メニューを右クリックし、[故障基準の作成]を選択します。表示されたウィンドウで、エラー条件として [Hashin] を選択します。[構成]を選択し、故障モードの寸法を 3D に設定します。変更をOKして、第一画面に戻ります。[ソリューション] メニューを右クリックして、[エラーの作成] を選択します。新しいウィンドウで、目的の故障条件を選択します。また、[ソリッドに表示]チェックボックスをオンにします。稲妻記号をクリックする前に変更を OK し、故障基準の結果を評価します。衝突のシミュレーションのために、車両の完全なCADモデルを開発します。このモデルには、主要なコンポーネント、ステアリングおよびサスペンションシステム、バッテリー、シート、ロールケージ、モノコックがすべて含まれている必要があります。このCADモデルから、計算を最適化するために二国間対称性を利用するハーフカーモデルを作成します。ANSYS有限要素シミュレーションソフトウェアで新しいプロジェクトを開始します。[ツールボックス]の[分析システム]で、[明示的なダイナミクス]に移動します。プロジェクト回路図にドラッグします。新しい要素で、[エンジニアリングデータ]をダブルクリックします。新しいタブの[材料]で、新しい材料を追加し、それに応じて名前を付けます。ツールボックスツリーから、マテリアルの必要なプロパティをドラッグします。[値] で、以前に取得した値を挿入します。[プロジェクトスケマティック] タブに戻ります。次に、[明示的なダイナミクス]で、[ジオメトリ]を右クリックして[ジオメトリをインポート]を選択します。[参照]をクリックし、ハーフカーモデルを含むSTPファイルをモデル環境にロードします。ファイルには、クラッシュ テストのバリアも含まれています。プロジェクトツリー内で、メッシュを選択します。[メッシュの詳細] で、[物理設定] に移動します。値を [明示的] に設定します。次に、要素の中間ノードに移動します。値を [ドロップ] に設定します。下の [サイズ変更] で[サイズ関数] に移動し、そこから [曲率] を選択します。[参照センター]に移動し、[中]を選択します。最小要素サイズを 6 ミリメートルに設定します。最大要素サイズを 30 ミリメートルに設定します。次に、[プロジェクト] で、明示的なダイナミクスを右クリックして制約の境界条件を設定します。[挿入]、[固定サポート]を選択して、衝突の剛性バリアを定義します。バリアを修正する方法を選択します。次に、バリアを選択し、選択を適用します。[明示的なダイナミクス]を右クリックし、[挿入]を選択し、[変位]を選択します。変更を適用します。Z 軸を自由度から 0 の定数値に変更します。ウィンドウの上部にある[解決]をクリックします。ここでは、5G 後方加速度の結果として生じるシャーシの変位を示すサンプル マップを示します。このマップを使用して、初期設計段階で構造剛性を評価できます。これは、リーフ スプリングの最適化されたジオメトリです。ジオメトリの有限要素解析では、ハシン破壊基準に従って故障指数を計算できます。また、葉の外側の表面上の一方向のスティグマの応力を主方向に沿って決定することもできます。数値モデルは、フラクチャにテストされたスケールモデルを使用して検証されます。このビデオは、モデル化された時速60キロの衝撃の間に車両のストレスの進化を理解することを可能にする。サンプルのストレス マップは、乗客に損害を与える可能性のある障害点を特定することで、車両の整合性を評価する手段を提供します。同じ衝撃速度に対する有限要素解析からの変位のマップは、車両の前部および座席に取り付けられているロールケージバーで発生する最大の結果を明らかにします。これらは、ソリッド要素よりも単純なメッシュで薄壁ボディの曲げ剛性をシミュレートできるため、複合構造を再現するのに適したオプションです。一方、解析モデルではローカル応力が理解できないリーフスプリングでは有限要素法で評価され、葉複合層はレンガ要素によってモデル化されます。クラッシュイベントの間、モノコックの変形は最小限であり、コンポーネントが他方に浸透しない点に注意することが重要です。従って、車両上の設計が安全であると言える。太陽光発電車の構造最適化に役立つ異なるアメリカのモデルが示されています。この車両は効率的であることが判明し、そのカテゴリーでアメリカンソーラーチャレンジ2018を獲得しました。

structural-design-and-manufacturing-of-a-cruiser-class-solar-vehicle

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

集中型太陽光発電システムにおける平行スペクトル分割分散素子としての高コントラスト格子の作製が実証されています。ナノインプリントリソグラフィー、TiO2スパッタリング、反応性イオンエッチングなどの製造プロセスについて説明します。反射率の測定結果は、光学性能を特徴付けるために使用されます。...

集中太陽光発電システムにおけるスペクトル分割分散素子の高コントラスト回折格子の作製

ここでは、シンクロトロン散乱技術を使用して、ミニスロットダイコーターを用いた有機薄膜太陽電池を製造するためのプロトコルとインライン関連構造の特徴付けを示します。...

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製とその場で形態キャラクタリゼーション

このプロトコルは、非導電性表面上に薄膜電子回路を製造するための層による無機ナノクリスタル膜の合成及び溶液堆積を記載しています。溶剤安定化インクは、堆積後の配位子交換及び焼結次のスピンおよびスプレーコーティングによりガラス基板上に完全な光起電力素子を製造することができます。...

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

電子受容体と電子供与性ポリマーの製造であるTiアルコキシドに基づいて完全に印刷可能な、フラーレンのない、非常に空気中で安定な、バルクヘテロ接合太陽電池のための方法がここに記載されています。また、チタンアルコキシド単位の分子嵩高を通して光活性層の形態を制御するための方法が報告されています。...

チタンアルコキシドおよび半導体ポリマーに基づいて、完全に印刷可能な有機 - 無機バルクヘテロ接合太陽電池用形態制御

我々は、結晶構造、状態密度、エネルギーレベル、および最終的に太陽電池の性能を比較することにより、有機/無機ペロブスカイト薄膜の別の製造方法の効果について鋭意研究を提示します。...

製膜上のハイブリッドペロブスカイト製造方法、電子構造、および太陽電池の性能に及ぼす影響

原動力として太陽エネルギーは、新しい吸着冷凍システムを開発し、実験します。水蒸気とゼオライト吸着システムの作業のペアを形成します。本稿では、実験装置、操作手順および重要な結果のセットアップについて説明します。...

太陽吸着冷凍濃縮コレクターの実験システム

本論文は、ロールツーロールスロットダイコーティングされた非フラーレン有機太陽光発電上のインクを乾燥させるinitu...

実験室X線計装による有機太陽電池のロールツーロールコーティングにおけるその場放牧発生率小角X線散乱

スズ硫化スズ(SnS)は、地球に豊富に存在する無毒の太陽電池の候補材料です。ここでは、原子層堆積法による電力変換効率4.36%と熱蒸着法によるSnS太陽電池の作製手順を示します。...

熱蒸着および原子層堆積法によって記録し、効率のSnS太陽電池を作ります

私たちは、超音波の摩耗と摩擦の減少が線速度、接触圧力、および表面特性に依存することを調査するために、圧電アシストトライボメータと光学プロファイロメータを使用するためのプロトコルを提示します。...

圧電支援摩擦計と光プロフィルを用いた超音波潤滑の実験

この論文は、色素増感太陽電池の製造に対するインクジェット印刷の適合性を調査します。バインダーフリーのTiO2ナノ粒子インクを配合し、FTOガラス基板上に印刷しました。印刷された層は、0.25cm2の活性面積と3.5%の効率を持つセルに作製されました。...

色素増感太陽電池用二酸化チタンのデジタル印刷

学ぶ、炭素繊維強化プラスチック製ソーラーカーの構造設計手法。有限要素法によるモノコックシャーシとリーフスプリングの解析、衝突試験シミュレーションによる安全性評価の最適化プロセスを解説する。

巡洋艦の構造設計・製作クラスのソーラーカー

さらに動画を探す