이 작품에서 여러 측면 플라스틱 태양 차량 상세, 모노 코크 섀시, 판 스프링에 초점을 맞추고와 충돌 하는 동안 전체 자동차 테스트 전체 탄소 섬유 강화 구조 설계 과정에 관련 된.
이 논문에서
요약
초록
순양함은 장거리에서 경쟁 하기 위해 잉태 멀티 탑승자 태양 차량 (3000 킬로미터 이상) 태양 경주 에너지 소비와 페이로드 사이 제일 타협에 기반. 그들은 전체 치수, 태양 전지 패널 크기, 기능, 그리고 안전 및 구조 요구 사항, 형태, 재료, 파워 트레인, 동안에 경주의 규칙을 준수 해야 합니다 및 역학 디자이너의 판단에 따라 간주 됩니다. 이 작품에서는, 전체 탄소 섬유 강화 플라스틱 태양 열 자동차의 구조 설계 과정의 가장 관련성이 높은 측면 자세히 나와 있습니다. 특히, 섀시, 리프 스프링 구조 분석 및 안전 케이지를 포함 하 여 차량 충돌 테스트 수치 시뮬레이션의 적 층 순서의 디자인에 사용 되는 프로토콜 설명 되어 있습니다. 섬유 강화 복합 구조의 디자인 방법론의 복잡성은 그들의 기계적 특성을 조정 하 고 자동차의 전체 중량을 최적화의 가능성에 의해 보상 됩니다.
서론
태양 차는 태양 땅 수송을 위해 사용. 첫 번째 태양 열 자동차는 1955 년에 제시 했다: 그것은 12 셀 렌 광전지와 작은 전기 모터1이루어진 작은 15 인치 모델. 그 성공적인 데모부터 큰 노력 했다 태양 지속 가능한 이동성의 타당성을 증명 하기 위해 전세계.
태양 차량2 의 디자인은 심각 하 게 매우 일반적인 조건에서 제한 되는 차량에 에너지 입력의 크기에 의해 제한 됩니다. 아니 자동차 태양에 의해 주로 구동 상업적으로 사용할 수 있지만 몇 가지 프로토 타입 공용 사용 하기 위해 설계 되었습니다. 사실, 태양광 자동차 주어 그들의 전류 제한, 비용, 범위, 및 기능 측면에서 특히 일상 생활에서 일반적인 사용에서 멀리 보인다. 그들은 설계 및 제조, 항공 우주, 대체 에너지 등 첨단된 산업 분야에서 일반적으로 사용 되는 기술 결합의 수준에서 새로운 방법론의 개발에 대 한 유효한 테스트 벤치를 대표 하 고, 동시에 고 자동차. 또한, 대부분의 태양 자동차 태양 자동차 경주, 그의 참가자는 주로 대학 및 연구 센터는 각 기술 문제에 대 한 최적의 솔루션의 연구를 자랑 하는 세계 각국 blazoned 이벤트 목적으로 건설 되었다. 특히, 가장 중요 한 대회 (예를 들어, 세계 태양 도전)의 주최자 레이스 규정을 더 전통적인를 최대한 가깝게 이러한 극단적인 자동차를가지고 목표의 개발의 전략 채택 되어 있다 교통 수단 특히,는 많은 년 후에 차량 단일 seaters 되었고 설계 된 크루저 차량 최대한 빨리 응급 종류로 경로 여행 최근 도입 되었으며 더 많은 승객의 효율적인 전송에 대 한 개발.
이 차량에 대 한 기술적 요구 사항을 훨씬 더 엄격한 되고있다. 사실, 뿐만 아니라 그들은 최대 에너지 효율을 보장 해야 하지만 그들은 또한 다른 기능에 연결 하는 더 복잡 한 엔지니어링 조건을 준수 해야 합니다. 예를 들어 거주자의 더 많은 수를 수송의 가능성은 더 어려운 안전 및 drivability의 조건을 보장 하기 위해 있습니다. 하는 노력을 더 전반적인 체중 증가와 어려운 역학의 위치를 만드는 내부 공간 감소 되어야 한다, 동안에 훨씬 큰 배터리 팩을 삽입할 필요 복잡 한 이루어집니다.
새로운 디자인 철학, 소재 사용 및 제조의 다른 비전을 포함 하 여 접근 해야 합니다. 첫째, 높은 힘에 무게 비율에 따라 재료를 선택 해야 합니다 고, 직접 결과적으로, 탄소 강화 섬유 플라스틱 최적의 솔루션을 나타냅니다. 또한, 디자인에 특정 책략을 구현 합니다.
현재 문서에서 태양 차량, 그것의 모노 코크 섀시, 서 스 펜 션, 및 심지어 전산 충돌 테스트 등의 가장 중요 한 구성 부품의 일부 디자인을 채택 하는 절차는 묘사 된다. 마지막 범위 공기 역학 및 경주 규칙 교환에서 가능한 최소 무게로 태양 차량을 빠르게 얻을 것입니다.
물론, 저항 및 체중 사이의 비율 측면에서 최적의 소재에 대 한 검색 기술, CFRP 프린트의 고압 성형은에 의해 제한 됩니다. 선택 된 방법의 목표는 최적의 소재 선택 가능성의 한정 된 범위 내에서 플라이 유형학의 점에서 고 레이 업의 급속 한 결정입니다. 사실, 복합 재료 설계 의미 동시 선택 섹션의 기하학적 속성, 특정 소재 및 적당 한 기술 (, 제시 하는 경우에, 여기가 결정 선험적으로, 자주 발생).
태양 전기 자동차에 대 한 여러 유명한 장거리 성능 대회 개최 되었습니다 마지막 십 년간에서 전세계 상위 순위 대학 및 연구 센터는 이러한 이동성의 개발에 대 한 주요 홍보 요원 기술입니다. 그러나, 경쟁력 지적 재산 경계와 동맹에서이 연구 분야에서 실행 되는 문제에 대 한 지식의 확산에 대 한 심각 하 게 제한 요소 이다. 이 따라서 몇 가지 (그리고 때로는 오래 된) 참조, 태양 열 자동차 디자인 계정에 문학 검토 전체 연구가를 기반으로 하는 경우에 조사3, 즉 대 한 왜 현재와 같은 작품의 실현은 좋습니다.
자동차의 디자인의 어떤 측면은 개선 되 고, 독립적으로 일반적인 목표는 항상 겨냥: 더 많은 에너지 효율성 달성. 디자인에서 생산 변화 항상 기반으로 하지 최첨단 기술, 그들은 단지 (특히 중요 한 사막에서 개최 하는 대회에 대 한 그것의 안정성을 높이기 위해 자동차의 무게 중심을 낮추는 등 역학에 기반으로 될 수 있습니다. 쪽 바람으로 인해 지역4 풍속5) 차량 부품6의 무게를 감소 또는-의 전기 자동차에 전체 체중 감소의 10% 에너지 절약7에 13.7%까지 추정할 수 있다. 철저 한 에너지 관리 전략은 또한 통용 레이스 이벤트에서 최상의 성능을 보장 하기 위해서 최대 속도 130km/h 및 단일 요금 800 킬로미터 이상에 대 한 마지막의 흥분을 구할 수 있는 크루저 급 자동차8.
자동차의 공기 역학5,,910 의 연구는, 운전 하는 동안 공기를 부드럽게 작은 저항을 보장 하는 것이 중요 어디 제어할 수 주요 측면을 드래그 계수의 감소는 네거티브는 차 안전 하 고 안정적으로 연결 되어 더 높은 속도 에서도 지상에 되도록 유지 한다 상승 계수 및 더 적은 에너지를 소비 하면서 이동 하 차 하실 수 있습니다.
설계 된 또 다른 중요 한 매개 변수는 일반적으로 편안 함, 안정성 및 안전 제공의 유일한 목적으로 일반 차량에 적용 된 서 스 펜 션 시스템, 하지만 태양 전지 자동차에 그것은 또한 빛 되어야 합니다. 이 중요 한 측면 199911 섬유 유리 겹 판 스프링을 포함 하는 연구와, 최근에, 탄소 섬유12 부터 탐험, 위시 본 링크13를 구성 하는 데 사용, 뿐만 아니라 무게를 제공 하는 입증 감소 뿐만 아니라 향상 된 안전 요소입니다. 더블 위시 본 정지는 의심할 여 지 없이 더 자주 사용 하지만 태양 전지 자동차14, 현재 연구는 그것에 대 한 탄소 섬유, 내장 횡단 잎 봄 unsprung 체중 감소와 함께 간단 하 고 가벼운 서 스 펜 션 시스템은 간주 합니다.
섀시 제조에 관해서는 탄소 섬유 모노 코크 구조의 건설 부여 되는 필수적인 디자인 제약 조건 대 한 가장 눈에 띄는 기존4,8 상당한 성능 우위를 입증 했다 ,15 태양 차 팀. 탄소 섬유의 사용은 차량의 실행에 중요 한 계산 허용 차량 구조 구성 요소 (또는 섀시로 동일한 구조의 다른 부분)의 각자는 섬유의 계층의 최적의 금액을 구축 팀 오리 엔 테이 션. 이 작품에서 재료 속성을 통해 평가 되는 3-포인트 벤딩 테스트 및 배출 전단 강도 (ILSS) 테스트와 같은 실험 테스트 표준화.
치료 주기 동안 치수 안정성을 보장 하기 위해서 건설 일반적으로 이루어집니다 진공 자루에 넣기와4 는 그들의 회전에서 정확 하 게 가공 된 고밀도 거품 또는 알루미늄 패턴에 적 층 되는 탄소 섬유 금형에 성형 압력솥. 부품의 대부분은 샌드위치 구조 (즉, 피부에는 매우 낮은 무게 합성 벤딩 저항 특성을 제공 하는 매우 가벼운 무게 코어 재료 섬유)에 의해 구성 됩니다. 또한, 탄소 섬유 공명 현상12에 대 한 더 높은 진동 안전 수준을 제공에 대 한 유리 이기도 합니다.
충돌 이벤트에서 승객의 안전 인증을 목표로, 충돌 테스트를 일반적으로 소모 하 고 비경제, 실험, 및 파괴 테스트를 샘플 차량 포함 한다. 엄청난 인기를 얻고 있다 1 개의 최근 동향은 컴퓨터 시뮬레이션 충돌 테스트, 이러한 시뮬레이션 조사 (예를 들어, 전체 정면, 오프셋 정면, 측면 충격 및 이상 롤) 영향의 다른 종류는 동안 자동차 탑승자의 안전 . 도 차량 및 수치 모델링을 통해 이렇게의 타당성에 충돌 분석 수행의 중요성을 감안할 때, 현재 조사 목표로 태양 차량 모두 최대 스트레스 측면에서 가장 중요 한 영역을 식별 하 고 변형, 구조 개선의 가설 할 수 있도록
이로써 실시 태양 차량에 숫자 충돌 테스트는 전례 없는. 참고 문헌 연구에이 혁신적인 태양 열 자동차 접근에 대 한 특정 규정의 부족을 고려 하면 평균 속도에 엄밀한 장애물에 자동차의 영향을 고려 하는 적응 간주 되었다. 차량 및 시뮬레이션 (등 메쉬 헌법 및 시뮬레이션 설정)의 형상 모델링 실시 되었습니다 다른 적절 한 소프트웨어에. 자동차의 구조에 대 한 탄소 섬유의 사용은 또한 유리 섬유 복합 재료, 전기 자동차16의 충돌 테스트에 같은 다른 재료의 그것 보다 높은 것으로 이미 표시 된 그것의 충격 행동으로 정당화 된다.
프로토콜
참고: 태양 차량의 설계 과정은 매우 복잡 한 작업, 그것은 모두 여기에 그들을 커버 수 있도록 다양 한 측면을 포함. 독자를 안내 하기 위해 논리적 과정 설명된 프로토콜 포함 된 그림 1에 표시 됩니다.
그림 1: 디자인 플로우 차트. 설계 프로세스의 다른 부분 사이 상호 작용 묘사 된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
1. 레이 업이 주요 섀시 디자인
- 최악의 시나리오에서 부하 분배를 결정 합니다.
- 승객의와 배터리 팩 대량 디자인의 수직 가속 주요 설계 부하를 곱하십시오.
- 다른 가능한 배터리 위치와 좌석의 위치를 고려 하십시오.
- 리프 스프링 관절에 반응을 계산 합니다. 자동차는 단순히 지원 되는 빔으로 간주 됩니다.
- 휨 모멘트와 전단 다이어그램을 확인 합니다.
- 핵심 소재에 최대 허용 전단 응력을 찾아. 값 핵심 기술 시트에서 읽을 하거나 적당 한 표본에 실험에 의해 발견 될 수 있습니다. 이 경우에, 코어 plies의 박 스트레스를 확인할 수 있습니다.
- 전단 저항17,18 에 따라 샌드위치 코어 두께 계산 (어디
는 전단 강제 폭은 
적용 되 고 
코어 두께).
- 사용 가능한 CFRP plies의 인장 및 압축 강도 찾아. 그들의 가치 plies' 기술 자료에서 찾을 수 있습니다.
- 실험적 샌드위치 복합19의 굴곡 강도 결정 합니다.
- 실험적 자료20,21의 가능한 조합에 대 한 ILSS를 결정 합니다.
- 고려 차량, 누구의 모양 공기 역학적 요구 사항 및 기능적 요구 절충 디자인의 다른 섹션을가지고.
참고: 있는 3 개의 중요 한 단면도 섀시-와 높은 벤딩 순간과 두 끝, 지역 휠-서 스 펜 션 시스템의 존재로 인해 극적으로 감소 된다. 또한,이 두 감소 섹션에서 전단 전송 되어야 합니다 리프 스프링에서 섀시. - 만들고는 레이 업에 대 한 가정을 고려 하는 3 개의 단면도에서 기술 최소17 각 방향으로 (0 ° [즉, 경도], 섬유의 적어도 10%는 고려 섹션의 다른 부분에서 90 ° [즉, 횡단], 및 ± 45 ° [즉, 대각선]), 가장 중요 한 부하 섹션의 특정 부분에 행동 하는 가닥 수 정수, 그리고 두께 최소한으로 유지 되어야 한다.
- 샌드위치 이론17,18 에 따라 최대 인장 및 압축 응력을 계산 하 고 허용 하는 사람에 게 그들을 비교 (어디 는 너비는 순간
적용 및 와 
두께 plies, 코어의 각각).
- 필요한 경우, 및 단계 1.9가 서 레이 업, 수정 합니다.
- 소프트웨어 Abaqus에에서 쉘 유한 요소 모델을 만들고 정한 규정22영향에 해당 부하를 적용.
- CAD 모델러에 섀시를 만듭니다.
- 가져오기 를 클릭 하 여 셸 또는 고체 부분으로 FEM 소프트웨어에 섀시를 가져오기 | 부분. 솔리드로 가져오는 경우 형상 편집 도구를 사용 하 여 셸 부분으로 그것을 변환 하.
- Lamina 또는 엔지니어링 상수; 형식으로 탄성 소재로 단일 CFRP 플라이의 속성을 정의 탄성 계수는 재료의 푸아송의 비율을 선택 합니다. 통지 되 면 포탄의 아웃-의-비행기 동작 분석 엔지니어링 상수 매개 변수가 필요 하다. Hashin 손상 기준 복합 플라이26에 대 한 오류 조건을 구현을 선택 합니다.
- 라미네이트의 스택 순서를 정의 하 여 복합 Layups 섹션을 만듭니다. 그것의 방향과 두께 테이블 형식에서 각 가닥을 할당 합니다.
참고:는 CFRP 플라이 대 한 후 경화 두께 고려 되어야 한다. - 메쉬 씨에 의해 부품의 개별 요소의 분포를 지정 합니다. 파티션 얼굴 도구와 바이어스 씨를 사용 하 여 중요 한 위치에 있는 요소의 수를 늘리기 위해. 쿼드 지배 요소 형태와 쉘 요소 유형을 선택 합니다. 클릭 하 여 간단한 통합 모델에 모래 시계 효과 무시할 수; 그렇지 않으면, nonreduced 통합을 사용 합니다.
- 어셈블리 모듈에 섀시의 인스턴스를 만듭니다. 이것은 하나는 하 중 및 경계 조건 적용 됩니다.
- 정적으로 분석 절차 단계 모듈에서 정의 합니다. 해 찾기 설정을 선택 하십시오. Nlgeom선택:에 membranal 비선형 동작을 활성화 하.
- 적용 부하에 로드 바디 강제 규정을 정한 것 같습니다. 밖된 그들의 무게를 고려해 배터리 및 거주자의 위치에 집중 된 힘 을 적용 합니다.
- BCs 는 인스턴스에 적용 됩니다. 에 고정 된 BC와 외부 부하에 의해 위에 행동 지원된 기관으로 서 섀시를 고려는 구속 ' 위치.
- 필드 출력 요청 모듈에는 출력을 정의 합니다. 선택 도메인: 복합 업 라미네이트에 각 가닥의 위치에 출력을 추출.
- 작업 을 만들고 분석을 실행 합니다.
- 규정의 요구 사항을22결과의 준수를 확인 합니다. 경우에 성취 되지, 단계 1.9 및 1.12.4 돌아갈 고 적 층 순서를 수정 합니다.
- 플라이 서 번역 하는 제조 업체에 필요한 겹으로 겹 접근 구조 디자이너의 단면도 의해 접근을 생성 합니다.
- 특정 기능 요구 사항을 샌드위치 두께의 감소 이어질 섹션에서 특별 한 수정을 확인 합니다.
- 압력솥에 섀시를 제조 한다.
- 정밀 밀링 하 여 고밀도 거품 패턴을 생성 합니다.
- 벌금-granulometry 샌드 페이퍼와 부드러운 표면 마무리를 보장 합니다.
- 날인 자의 레이어를 적용 하 고 탄소 섬유 금형의 너트나 확신 하는 거품에 에이전트를 해제.
- 전 수태 촉매-저온 탄소 섬유를 조립 하 여 금형 제조 레이어와 각 부분 진공 씰링 가방 추가 오토 클레이 브 치료에 대 한 압축.
- 폴란드어 생산된 금형의 표면 마감재를 적용 하 고 릴리스 에이전트.
- 플라이-책에 따르면 형 이상 섀시 부품 라미네이트 하 고 진공 봉투 압축와 오토 클레이 브 치료에 그들을 제출.
2. 잎 봄 디자인
그림 2: 겹 판 스프링의 다이어그램 로드. 이 그림 겹 판 스프링에는 전단의 벤딩 순간 행동의 결정입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 잎 봄 따라 부하 분배를 결정 ( 그림 2의 굽 힘과 전단 그림 참조).
- 최악의 시나리오에서 차량 바퀴에 최대 부하를 평가 (단계 1.1 참조).
- 반응 힘 계산 (최대 부하
) 리프 스프링에 끝, 서 스 펜 션 팔을 고려 하 고 활용. - 지원 및 차량 섀시 및 서 스 펜 션 그들의 앵커리지 포인트에 따라 겹 판 스프링의 포인트를 로드를 정의 합니다.
- 절곡의 다이어그램을 확인 하 고 전단, 끝 (최악의 시나리오)에 적용 된 동일한 최대 부하 4 포인트 벤딩 빔으로 리프 스프링을 모델링.
- 최대 변위 평가
잎 봄 현 탁 액 기하학 및 차량 프레임 주위 허용 공간 끝납니다. - 높은 특정 스트레인 에너지 저장 기능 소재를 선택
.
여기,
허용 스트레스는 
는 탄성 계수, 그리고 
밀도입니다.- 절곡으로 잎 봄 (전단 부하는 하나 또는 두 개의 크기 순서 더 낮은)의 지배적인 부하 유지로 재료의 피로 강도 .
- 복합 orthotropic 재료에 대 한 고려로 주 방향 (섬유 방향)에 따라 FRP의 강도 굽 힘 피로 .
- 절곡으로 잎 봄 (전단 부하는 하나 또는 두 개의 크기 순서 더 낮은)의 지배적인 부하 유지로 재료의 피로 강도
- 개념적 디자인 리프 스프링 모양 및 그것의 특정 한 에너지 저장 능력을 극대화 하기 위해 레이 업.
참고: 잎 봄 크로스 섹션 모델링 되어야 합니다 있도록 모든 잎 봄 최대 허용 스트레스 상태 발생.- 그림 2의 벤딩 다이어그램에만 초점. 전단 중 하나 또는 두 개의 크기 순서 더 낮은 이다. 바탕으로, 분할 잎 봄 분야의 두 가지 유형에서: 2 개의 지원 사이 (
) 지원 및 겹 판 스프링 끝 사이 (
). - 따라 , 계속 벤딩 로드 일정 최대; 따라서, 또한 횡단면 지속적인 유지.
- 따라 , 지원; 선형 부하 응용 프로그램 지점에서에서 벤딩 부하 증가 따라서, 단면 높이
스트레스를 유지 하는 다음 방정식을 만족 한다 
그것의 길이 따라 잎 봄의 외부 표면에 일정.
여기,
최대 부하의 응용 프로그램의 시점에서 거리는 
및 
횡단면 폭 이다. 수식을 따라 나왔다는 , 겹 판 스프링의 단면 높이 걸쳐 
포물선 프로 파일 테이퍼 합니다. 그러나, 프로세스 연습 이유로 잎 봄 프로 파일 선형 것으로 대략적인.
참고: 계속 섬유 복합 laminas의 강도 감소 시킬 것 이다 박판 과정 중단 되지 않도록 하려면 상수. - 절곡은 전단 부하 보다 더 높은 사용 하 여 샌드위치 구조 0-90 직물 FRP의 선형 테이퍼 코어 전단 하 중을 저항 하 고는 잎 봄, 리프 스프링의 지향 단방향 FRP의 외부 층에 비틀림 강성을 부여 하 벤딩 부하 대비를 주축. 외부 레이어는 높은 스트레스 영역에서 기하학적 불연속을 피하기 위해 일정 두께.
- 그림 2의 벤딩 다이어그램에만 초점. 전단 중 하나 또는 두 개의 크기 순서 더 낮은 이다. 바탕으로, 분할 잎 봄 분야의 두 가지 유형에서: 2 개의 지원 사이 (
- 얻기는 인장, 압축, 굴곡, 전단 선택한 FRP 재료의 강도 및. 기술 데이터 시트에서 또는 ASTM 표준 (기본 옵션)에 따라 검사를 통해 자신의 가치를 찾을 수 있습니다.
- 분석 모델에 의하여 잎 봄 기하학적 크기를 최적화 합니다.
참고: 목적 함수; 부과 제약을 준수 하면서 질량을 최소화 하는 따라서, 최대 부하를 유지 와 같은 편향 된 자료 허용 것 들 보다 낮은 스트레스를 유지 하 고.- 최대 편향도에 조건을 제한 지정 된 최대 부하에 대 한 .
여기,
융합 이유로 삽입 작은 값 이다. 개념적으로, 잎 봄은에 테이퍼 코어 샌드위치는 지역. 계산 편향 
로드에서 , Castigliano의 방법에 의하여.
여기,
, 
따라 리프 스프링의 굴곡 강성은 및 , 각각.
여기,
, 
는 코어 및 외부 층의 탄성 계수는 각각,
외부 레이어 두께
코어 두께입니다.
- 최대 굽 힘 응력에 조건을 제한:
(최대 총 피로 스트레스를 굽 힘). 평가 
오일러-베르누이 이론에 의하여.
- 최대 코어 및 외부 층 전단 응력 조건 제한:
(최대 코어 피로 전단 응력) 
(최대 코어 피로 전단 응력). 평가 
및 
오일러-베르누이 이론24에 의하여.
- 객관적인 기능으로 리프 스프링 질량을 사용 하 여 최소화.
참고: 변화 될 수 있는 기하학 매개 변수는:
, , 및 . 프레임, 앵커리지 포인트의 디자인에서 허용 하는 경우 및 또한 간주 될 수 있습니다 변수, 다음 제한 존중 하는 경우:
- 반복적으로 문제를 해결 하거나 최적화 알고리즘에 의하여 찾을 수 있는 여러 수치 컴퓨팅 소프트웨어 프로그램에 통합 합니다.
- 최대 편향도에 조건을 제한
- 에 최적화 된 잎 봄 철 시뮬레이션 수행 Ansys 복합 전/후 (ACP). 목표는 스트레스 농도 평가 하 고 비행기 밖으로 로드 합니다.
- 그릴, 화면으로 잎 봄의 단지 1/4의 CAD 형상을 지원 포인트 레이 업 유사와 서신에서 분할 하는 표면.
- ANSYS Workbench에서 새로운 시뮬레이션 프로젝트를 만듭니다. ACP (사전) ( 도구 메뉴)에서 작업 영역으로 드래그 하 여 선택 합니다.
- 엔지니어링 데이터를 클릭 하 여 소재 속성을 정의 합니다. 엔지니어링 데이터 소스 를 선택 하 고 그들을 두 번 클릭 하 여 기본 물성 복합 재료 폴더 탄소 UD와 짠된 프린트에서 가져올. 재료 데이터 시트에서 사용할 수 있는 또는 실험 결과에서 얻은 것 들과 3 개의 주 방향에서 재료 상수를 업데이트 합니다.
- CAD와 형상 에 그리고 가져오기 형상에 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 여 링크를 유지 하면서 기를 가져옵니다. 기본 CAD 형식으로 가져옵니다.
- 모델을 두 번 클릭. 임의의 표면 두께 지정 합니다. 명명 된 선택 기능 ( 모델 및 다음 삽입에 오른쪽 클릭)을 사용 하 여 다른 업 영역을 정의 합니다. 메쉬 고 다음 생성 메쉬를 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 여 기본 메쉬를 생성 합니다.
- 워크 벤치, ACP-사전 설치 프로그램을 두 번 클릭 하 여 엽니다.
- 재료 데이터 메뉴 폴더에서 plies' 속성을 정의 합니다. 만들기 직물 직물;를 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 여 선택 그런 다음 재료 를 정의 하 고 프리 프레 그 두께할당. 운 모 하위 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 여 운 모 하위 만들기 를 선택 하 고 하위 라미네이트 스택 순서를 정의.
- 적 층 프로세스 (주 잎 봄 축)의 주요 방향에 따라 근 엽 메뉴 폴더에서 요소 로컬 좌표 시스템을 정의 합니다.
- 임의의 원점 포인트 와 근 엽 설정 단계에서 각 요소를 설정 합니다 (이전 단계 2.7.5에서에서 정의)에 대 한 정의 하 여 지향 선택 설정 메뉴 폴더에 FEM 요소의 로컬 좌표 방향 2.7.8입니다.
- 단계 2.7의 최적화 과정에서 얻은 결과에 따라 레이 업 슛을 정의 합니다. 모델링 그룹 을 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 고 선택 플라이 만듭니다. 지향 선택 설정, 열심히 자료를, 그리고 수의 레이어를 정의 합니다. 가닥의 각 반복 그룹에 대해 반복 합니다.
주: 적 층 프로세스의 스택 순서를 따릅니다. - 워크 벤치를에서 ( 도구 메뉴)에서 정적 구조 분석을 작업 끌어다 놓습니다. 그런 다음, ACP (사전) \Setup 정적 structural\Model 에 끌어서 고체 복합 데이터 전송선택. 정적 Structural\Setup두 번 클릭.
- 대칭을 적용 하 고 경계 조건 제한. 정적 구조 에 마우스 하 고 Insert\Displacement을 선택 합니다. 가장자리 또는 표면 형상 선택 하 고 해당 구성 요소가 방향에 대 한 0으로 변위를 설정.
- 2.7.12 단계의 동일한 절차에 따라 강제 적용 됩니다.
- 해결을 클릭 하 여 선형 탄성으로 FEM 모델을 해결.
- 최대 변위 평가
)의 솔루션 을 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 고 Insert\Deformation\Directional을 선택 하 여 겹 판 스프링. 낮은 경우 다시 2.7.10 단계로 서 외부 UD plies;의 수를 증가 높은 경우에, 그것을 줄일. - 작업 대에 드래그 ( 도구 상자)에서 ACP (게시물) 는 ACP (중) \Mode. 그런 다음, ACP (게시물) \Results에 Static\Structural 솔루션을 끕니다. ACP (게시물) \Results두 번 클릭.
- 정의 메뉴 폴더 단추로 실패 기준 Hashin 3 차원으로 선택 합니다.
- 솔루션 메뉴 폴더에 마우스 하 고 선택 만들기 실패.... Hashin 선택한 솔리드에 표시를 확인 합니다.
- 오류 조건을 하나 아래는 항상 확인 하십시오. 없는 경우, 다시 단계로 2.7.7 이동한 plies 식별, 중요 한 영역에서 필요에 따라 방향을의 수를 증가 합니다.
- 부지런히 책을 작성 합니다.
- 설계 된 리프 스프링의 축소 모델을 테스트 합니다.
- 1 단계 2.7의 분석 모델을 사용 하 여 디자인/5-1/10 축소 잎 봄, 외부 레이어 및 코어 두께 굽 힘과 전단 사이 동일한 비율을 조정 하는 실제 구성 요소와 최대 부하에 대 한 비슷한 곡률의 스트레스.
- 오른된 잎 봄 라미네이트.
- 평범한 4 포인트 벤딩 테스트 픽스 쳐와 함께 그것을 테스트 합니다.
- 최대 부하 및 변위 및 고장 모드 분석.
- 실험 테스트의 결론에 따라 겹 판 스프링의 설계를 최적화 합니다.
- 최적화 된 잎 봄 제조 한다.
3. 전체-정면 충돌 시험 시뮬레이션
그림 3: 크루저 형상. 이 그림에 일반적인 형태와 차량 크기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 차량 (그림 3)의 기하학을 그립니다.
- 만들고 CAD 모델링 소프트웨어에서에서 새로운 부분 프로젝트 이름을 합니다.
- 모델 밀어내기리소스를 사용 하 여 솔리드 부품, 회전, Swept, 다락방 전체 되도록 문의 다른 차량 부품 (섀시, 좌석, 롤 케이지 등) 사이. 필요한 경우 클릭 탭 표면, 참조 형상및 평면 을 참조 평면을 그리는.
- 형상을 모노 코크, 문와 완료 될 때까지 단계 3.1.2를 반복, 롤 케이지, 좌석, 배터리, 바퀴, 타이어, 휠 허브, 현 탁 액 팔, 잎 봄, 스티어링 시스템, 및 딱딱한 고체 벽 (2 x 2 m).
- 계산을 최적화 하 여 반-자동차 모델을 사용 하 여 양측 대칭을 이용. 유틸리티 탭 아래에 대칭 확인 클릭 하 고 자동 대칭 분할 명령을 선택 합니다. 다음, 시체를 유지 하 고 분할 부분에 클릭 하 여 확인 부분을 클릭 합니다.
- 단단한 몸 표면으로 변환: 시체의 두께 관련 된 얼굴을 선택 하 고 클릭 표면 탭, 다음, 삭제 얼굴에.
- 다른 이름으로 저장 을 클릭 하 고 STP 형식을 선택 합니다.
- 설정 하 고 시뮬레이션을 수행 합니다.
- 만들고 ANSYS Workbench 유한 요소 시뮬레이션 소프트웨어에서 새로운 프로젝트 를 이름을 지정 합니다.
- 또한 도구 상자-분석 시스템에서 에서 프로젝트 구조를 명시적 동적 창이 있습니다. 엔지니어링 데이터에서를 두 번 누릅니다 고 새로운 재료, 도구 상자 나무에서 그들의 필요한 속성을 끌어서 삽입 각 재료를 적절 하 게 명명이 프로토콜의 섹션 1에서 가져온 값을 추가 합니다.
- 형상 가져오기 형상에 마우스 오른쪽 단추로. 찾아보기 를 클릭 하 고 단계 3.1.6에서에서 생성 된 STP 파일을 선택.
- 모델 명시적 동적 모델 환경을 열려면 두 번 클릭.
- 일단 모델 환경 마우스 오른쪽 단추로 클릭 형상을 3 차원 요소에 대 한 포인트 대량 삽입 또는 2 차원 요소에 대 한 레이어 섹션 정의를 집중 질량 또는 복합 레이 업 슛, 각각. 기하학에서 각 구성 요소에 대 한 적절 한 소재와 두께 표면 세부 자료아래에 할당 되어야 합니다.
- 대칭-대칭 영역을삽입 하려면 모델 에서 마우스 오른쪽 단추로. YZ 대칭 면 적절 한 경계 조건을 주는 미래의 결과 정확한 기하학적 대칭을 정의 합니다.
- 연결을 올바르게 설정 하려면 모든 자동 연결을 삭제 하 고 떠나지만 몸 상호 작용, 마찰으로 정의.
- 메쉬 명시적 방법 (그림 4)의 세부 정보에서 요소 midside 노드 를 삭제 하 고는 기능 조정 매체 와 곡률 에 관련 센터. 30 m m 6 m m의 최소와 최대 요소 크기를 설정 합니다.
- 병렬 처리 메쉬 섹션의 고급 탭에 대 한 Cpu의 수를 설정 합니다.
- 명시적 역학 탭의 초기 조건 나무 아래 초기 조건으로 속도 설정 합니다.
- 명시적 역학 탭을 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 고 삽입, 선택한 따기 고정 지원 엄밀한 방 벽을 정의 하 고 고정 변위 를 방지 하기 위해 여 제약 경계 조건 설정 바퀴 z 축 이동합니다.
- 분석 설정, 종료 시간 컨트롤 설정에서 (0.3 s) 및 사이클의 최대 수 (2.5 x 10에5), 속도, 그리고 운동 에너지 (zero와 같음)를 얻기 위해 필요한 입력.
- 솔루션에서 솔루션 정보 를 삽입 운동-총-내부 에너지 추적 이러한 결과를 마우스 오른쪽 단추로. 다른 측면에서 솔루션 정보, 솔루션 출력 에너지 요약, 시간 증가및 에너지 절약측면에서 추적할 수 있습니다.
- 해결 을 클릭 하 고 전체 변형, 스트레스, 스트레인, 총, 내부와 운동 에너지, 및 가속 결과 결과 분석.
그림 4: 반 차량 모델에 적용 된 유한 요소 메쉬. 이 그림에 대칭으로 인해 차량의 절반에 한 모델의 분할. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
결과
메인 섀시 레이 업: 프로토콜의 최종 결과 플라이 책 라고도 적 층 순서 이다. 그러나, 부하 분배 및 휨 모멘트와 전단 력의 다이어그램 간단한 고체 역학 고려 사항에 의해 결정 될 수 있습니다, 하는 동안 핵심 프로토콜의 실제 물성의 평가 이다. 사실, 많은 구조상 디자이너에 필요한 수량 재료 데이터 시트에서 찾을 수 있습니다, 경우에 제조 단계 및 다른 자료와의 상호는 원 재료의 기계적 응답을 변경할 수 있습니다. 이 섹션에서는 3-포인트 절곡 및 ILSS 테스트 실험 설정 ( 그림 5참조) 표시 됩니다. 이러한 테스트에서 그것은 샌드위치 laminas의 휨 강도 평가 Nomex 코어;의 전단 강도 대 한 낮은 한도 찾을 수 대표 응력-변위 곡선 표시 됩니다 그림 6 에 짠 것의 2 개의 다른 방향에 대 한 얇은. 또한,는 ILSS 샌드위치 되는 라미네이트 섀시 가장자리에 박에 저항을 결정 하는 중요 한 이다.
그림 5: 기계적 테스트. 이러한 패널 3-포인트 절곡 및 (B)는 ILSS (A)의 기계적 테스트를 보여줍니다. 시료의 형태와 로드 조건 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: 3-포인트 벤딩 테스트의 일반적인 결과. 이 패널 [0/90]n 플라이 (B) [± 45]n 플라이 (A)에 대 한 3 점 굽 힘 시험의 전형적인 결과 보여줍니다. 부하에서 계산 응력 부하 셀으로 측정 하 고 변위 테스트 컴퓨터에 포함 된 변환기에 의해 측정 된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7, 박판 시퀀스, 섀시 형에 의해 섹터를 정의 표시 됩니다. 박판 시퀀스의 자세한 사양은 표 1에 나열 됩니다. 테이블 바깥쪽 lamina Nomex 코어와 접착제, 그리고 마지막으로 내부 lamina에서 시작 하는 순서 대로 행해진다 오토 클레이 브 치료 과정의 3 단계로 나누어져 있습니다.
그림 7: 설계 과정의 결과. 모든 지역 다른 레이 업에 의해 특징입니다. 숫자와 색상 섀시 구조는 분할 된다 다른 영역을 정의 참조 표 1. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 1 단계 | ||||
| p = 6 바; t = 2 h; T = 135 ° C | ||||
| 이 하 참조 | 부문 | 각도 | n ° | 재료 |
| P 1.1 | 글로벌 | + 45 ° | 1 | 새틴 T800 |
| P 1.2 (reinf) | 1 | 0 ° | 1 | 유 니 M46J |
| 2 | 90 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| 3 | + 45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| 1b | 0 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| P 1.3 (reinf) | D | 0 ° | 2 | 유 니 M46J |
| C | -45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| C | + 45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| A, B, C, D | -45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| A, B, C, D | + 45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| 1.4 P (reinf) | B | 0 ° | 2 | 유 니 M46J |
| A, D, C | 90 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| A, D | 90 ° | 2 | 유 니 M46J | |
| P 1.5 (reinf) | D | 0 ° | 1 | 새틴 T800 |
| D | 90 ° | 3 | 유 니 M46J | |
| D | 0 ° | 1 | 새틴 T800 | |
| D | 0 ° | 3 | 유 니 M46J | |
| 1.6 P | 글로벌 | 0 ° | 1 | 새틴 T800 |
| 2 단계 | ||||
| p = 1, 5 바; t = 2 h; T = 1110 ° C | ||||
| 2.1 P | 글로벌 | / | 1 | 접착 필름 |
| P 2.2 | 1, 2, 3 | / | 1 | 노 멕 스 14 m m 32 Kg/m ^2 |
| P 2.3 | 1b, D, 0 | / | 1 | 노 멕 스 9. 32 Kg/m ^2 |
| P 2.4 | 글로벌 | / | 1 | 접착 필름 |
| 단계 3 | ||||
| p = 6 바; t = 2 h; T = 135 ° C | ||||
| P 3.1 | 글로벌 | 0 ° | 1 | 새틴 T800 |
| P 3.2 (reinf) | D | 0 ° | 3 | 유 니 M46J |
| D | 0 ° | 1 | 새틴 T800 | |
| D | 90 ° | 3 | 유 니 M46J | |
| D | 0 ° | 1 | 새틴 T800 | |
| P 3.3 (reinf) | A, D | 90 ° | 2 | 유 니 M46J |
| A, D, C | 90 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| B | 0 ° | 2 | 유 니 M46J | |
| P 3.4 (reinf) | A, B, C, D | + 45 ° | 1 | 유 니 M46J |
| A, B, C, D | -45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| C | + 45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| C | -45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| D | 0 ° | 2 | 유 니 M46J | |
| P 3.5 | 1b | 0 ° | 유 니 M46J | |
| 3 | -45 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| 2 | 90 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| 1 | 0 ° | 1 | 유 니 M46J | |
| 3.6 P | 글로벌 | + 45 ° | 1 | 새틴 T800 |
표 1: 섀시의 적 층 순서. 이 표에서 섀시, 그림 7에 정의 된 다른 영역에 대 한 레이 업의 사양을 보여 줍니다. 그것은 순서 대로 세 다른 적 층 단계 수행으로 나누어져 있습니다.
섀시 구조 결정 되 면 티타늄 롤 케이지20경주의 규칙 따라 추가 되 고 특정 숫자 테스트는 전체적으로 차량의 저항 및, 주로, nonstructural의 침입의 부재를 확인 실행 거주자로 부품입니다. 그림 8에서 영향에 해당 정적 부하의 방향 표시 됩니다, 그리고 그림 9 해당 변위 지도 평가할 수 있다. 이 단계에서 도식 형상만 사용 됩니다 계산, 완전 한 형상을 충돌 테스트의 최종 확인을 위해 사용 된다.
그림 8: 충돌에 해당 정적 부하 방향. 규정, 차량 구조는 그림에 표시 된 방향에서 총 질량 시간 6 g 크거나 정적 힘에 의해 로드 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: 계산된 변위의 지도. 이 그림은 그림 8에 정의 된 경우에 계산 진지 변환의 예입니다. 변위는 거주자의 부근에 모든 지역에서 25 m m 보다 낮은 되어야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
잎 봄: 프로토콜의 결과 안티 롤 기능 복합 가로 리프 스프링의 최적화입니다. 그것의 디자인은 다른 특정 요구 사항에 맞게: 아래 최대 부하, 특정 강성 및 최소 중량 재료 허용 하나 스트레스. 이러한 모든 요구이 사항을 충족 하기 위해 최적화 분석 모델 제공 됩니다. 모델, 감사를 신속 하 게 최적의 형상과 개념 레이 업이 가능 하다. 모델의 정확도 유한 요소 방법 및 1/5 축소 겹 판 스프링에 실험 테스트에 의해 검증 되었습니다. 오른된 잎 봄 (100 m m에 걸쳐) 센터에서 이중 지원 이며 1000 N 각 측면에 대 한 구멍 (이 스팬 190 m m)에 해당 하는 끝에 로드. 최적화 된 형상 및 겹 판 스프링의 플라이-책 각각 표 2, 그림 10 에 보고 됩니다.
그림 10: 겹 판 스프링 형상 최적화 된 샘플. 수치 모델의 유효성을 검사 하 골절을 테스트 확장된 리프 스프링의 형상에 대 한 그림입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 오토 클레이 브 치료 | |||||
| p = 6 바; t = 2 h; T = 135 ° C | |||||
| 이 하 참조 | 부문 | 각도 | n ° | 두께 | 재료 |
| mm | |||||
| 10 종료 | 10 종료 | 0 ° | 1 | 0.23 | TW T300 200 g/m ^2 |
| 모든 200 | 모든 200 | 0 ° | # | 1 | UD T1000 100 gm/m ^2 |
| 중앙 125 | 중앙 125 | 0 ° | 1 | 0.23 | TW T300 200 g/m ^2 |
| 중앙 175 | 중앙 175 | 0 ° | 1 | 0.23 | TW T300 200 g/m ^2 |
| 모든 200 | 모든 200 | 0 ° | 1 | 0.23 | TW T300 200 g/m ^2 |
| 중앙 175 | 중앙 175 | 0 ° | 1 | 0.23 | TW T300 200 g/m ^2 |
| 중앙 125 | 중앙 125 | 0 ° | 1 | 0.23 | TW T300 200 g/m ^2 |
| 모든 200 | 모든 200 | 0 ° | # | 1 | UD T1000 100 gm/m ^2 |
| 10 종료 | 10 종료 | 0 ° | 1 | 0.23 | TW T300 200 g/m ^2 |
표 2: 겹 판 스프링의 적 층 순서. 이 표에서 리프 스프링의 다른 영역에 대 한 레이 업의 사양을 보여 줍니다.
분석 모델, 잎 봄 12.2 m m의 최대 변위를가지고 하 고 최대 970 MPa, 2 개의 중앙 지원 사이 상수의 스트레스를 절곡을 개발 해야 합니다.
유한 요소 분석 프로토콜의 단계 2.7에서 설명 된 대로 수행 하 고 결과 그림 11에 보고 됩니다. 주 방향에서 스트레스 
주 축 따라 리프 스프링의 외부 표면에 그래프에 플롯 됩니다. 거의 범위 사이 일정 하 고 동등한 922 mpa 이며, 다음, 선형 부하 응용 프로그램 지점으로 감소. 도 불구 하 고 자료 (1450 MPa)의 최대 압축 긴장 아래까지 되 고, 3 차원 Hashin 실패 조건 그림 10 쇼에서 영역으로 플롯 실패 인덱스 1 섬유 실패 (빨간색으로 강조 표시)에 의해 발생 되며이 초과 외부 총에 대 한 기하학의 갑작스러운 변화에 관련 된으로 인 한 plies 코어의 중단 플라이. 모든 동안, FEM 계산 부하 응용 프로그램 지점에서 변위 12.8 m m 이다.
그림 11: 잎 봄 유한 요소 모델에서 시뮬레이션을 절곡. 이 그림 오른된 잎 봄 Hashin 실패 인덱스 및 최대 주 응력에 FEM 시뮬레이션의 결과 보여 줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
절차에 의해 제안으로 분석 및 숫자 모델의 신뢰성을 확인 하려면 오른된 잎 봄 실험적으로 시험 될 있다. 그림 12의 그래프에 보고 된 결과 15.1 m m의 최대 변위와 1980 (990는 각 측면에 대 한 N), N의 파손 하기 전에 최대 부하를 보여줍니다. 따라서, 최대 변위, 측면에서 분석 및 숫자 모델 그것을 과소 평가-19 여 %,-15%, 각각. 흥미롭게도, 테스트 견본 (그림 11)에 관찰 된 실패 모드 및 손상 위치 숫자 모델 결과 함께 동의 합니다.
그림 12: 4-포인트 리프 스프링의 축소 모델 실험 테스트를 절곡. 이 그림 배율된 겹 판 스프링에 대 한 테스트 설정 및 하 중-변위 곡선을 보여 줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
충돌 테스트: 유한 요소 분석은 다른 충돌 시나리오에서 차량 행동 이해에 엔지니어를 지원 하기 위해 현실적인 결과 생성할 수 있습니다. 대신 실제 조건을 실행, 그것은 더 시간 효율적인 ANSYS와 같은 상용 소프트웨어를 사용 하 여 자동차 충돌 시뮬레이션을 비용. 현재 결과 이러한 시뮬레이션 자동차 엔지니어링 커뮤니티에 기여할 수 있는 방법의 예입니다.
자동차의 분할 된 유한 요소 모델 제시 요소 수와 노드 79950 및 79822, 각각. 그것은 60 km/h 영향 속도, 차량의 운동 에너지에서 감소를 채택 하는 초기 조건으로 약 0.3 s (그림 13), 연락처 및 자동차 구조 내에서 내부 에너지로 변환 되 고.
그림 13: 충돌 테스트 에너지 차트. 이 패널에서 운동 에너지 (A)와 (B) 내부 에너지의 에너지 차트 충돌 테스트를 표시합니다. 차트는 충돌 이벤트 동안 전형적인 에너지 플럭스를 묘사. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 14A에에서 샘플 스트레스 지도에서 차량 무결성의 상태를 평가 될 수 있습니다. 잠재적으로 불린된 롤 케이지 바, 좌석의 분리 또는 심지어 드라이버를 향해 핸들 바의 변위 될 것 이라고이 승객의 안전에 가능한 해를 결정 하기 위해 파라마운트 중요성 이다. 그림 14B에 에서 표시 된 경우에 가장 눈에 띄는 치환 95 m m 범위 내에서 구성 하 고 모두 앞 차, 충격, 인 롤 케이지 바 좌석에 연결 된 발생 합니다.
그림 14: 상응 하는 최대 응력과 정면 충돌 테스트 하는 동안 최대 변위의 전형적인 윤곽 이러한 패널 표시 (A)에 해당 하는 스트레스와 (B)는 변위. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
토론
표 1에서 단일 laminas는 아닙니다 대칭, 전체 샌드위치는 가능 하다. 이것은 모두 최소한의 필요성 plies, 기술 최소 및 원하는 기계적 특성의 숫자.
한쪽에는 섹션 표시 1/1b, 2, 3 그림 7에서은 전체 기계적 특성, 되 고 강도 보강 단방향 플라이의 방향을 그들 사이의 주요 차이점에 대 한 책임. 다른 쪽에는 섹션 A, B, C, D 및 판 스프링의 존재로 인해 승객의 좌석의 서 스 펜 션 시스템의 집중된 부하를 고려해 수정 표시.
복합 섀시의 분석을 위해 사용 되는 유한 요소 모델 셸 토폴로지를 기반으로 합니다. 그들은 고체 요소 보다 실질적으로 더 간단한 메시 시체 얇은-벽의 휨 강성을 포착 하는 경향이 쉘 요소는 복합 구조, 재생산을 위한 적합 한 옵션입니다. 다른 한편으로, 연속체 쉘 또는 고체 요소에의 지 고려 되어야 할 때 두꺼운 샌드위치 구조 또는 가파른 스트레스 그라디언트; 지역 모델링 껍질과 연속체 쉘 요소에 대 한 비교 토론24,25제공 됩니다.
정적 분석의 주요 목적은 구조의 강도와 강성이 요구를 충족 하는지 확인 합니다. 뻣 뻣 함 요구 사항을 직접 각 로드 케이스 아래 차량 변형 규정의 한계 내에서 보장 하 여 적용 됩니다 (즉, 차량의 어떤 부분도 침투 거주자 방). 구조체의 강도 평가 Hashin의 손상26 복합 plies;의 평가에 따라 즉, Hashin의 매개 변수 1 보다 덜 엄격 하 게 해야 합니다. 다른 손상 모드 합성의 글로벌 실패에 기여 라미네이트, 누적 손상 기준의 사용 (예를 들어, Hashin의) 것이 좋습니다; 최대 응력 기준 금속 부품에 적합 될 수 있습니다.
문학 경량 복합 판 스프링의 설계 최적화를 위한 다양 한 솔루션을 제안 했다 그러나 그들의 대부분만 한 단 하나 바퀴27,28 (antiroll 기능) 연결 또는 주입 형에 적합 기술 (더블 테이퍼)29. 여기 제시 하는 겹 판 스프링의 디자인은 제한 된 선험적으로 코팅 하는 프로세스는 더블 테이퍼 디자인 솔루션을 허용 하지 않는 하지만 재료 강도 및 신뢰성을 보장 하는 프리 프레 그에 의해.
겹 판 스프링의 혁신적인 점은 (봄 및 antiroll 바) 하나에 두 개의 구성 요소 기능 통합 하 고 주요 장점은 대량 감소. 또한, 제안 된 분석 모델 덕분에 질량을 줄이고 빠른 설정된 최대 부하 및 변위에 대 한 최적의 형상을 얻을 수 가능 하다.
지역 그리고 밖으로의 비행기 분석 모델에 의해 평가 될 수 없다, 그들 유한 요소 방법에 의해 평가 되며 잎 봄 복합 단일 레이어 벽돌 요소 모델링 됩니다. 이 솔루션 포탄을 사용 하 여 보다 무거운 계산 하지만 3 차원 실패 조건을 박 예측으로 인 한 밖으로의 비행기 중 잎 봄 디자인의 중요 한 측면은 Hashin와 함께에서 있습니다. 마지막으로, 겹 판 스프링의 디자인에 대 한 분석 및 숫자 모델 축소 겹 판 스프링에 실험 테스트에 의해 유효성이 검사 되었습니다.
충돌 테스트에 관한 롤 케이지의 상대적으로 높은 변위의 관심사를 대표 하지 않는다 비록 주로에 기인 된다 그것의 전면 막대의 레이아웃. 그것의 noncurved 모양 및 급성 방법에 배치 됩니다, 아니 커브와 영향 방향으로 날카로운 각도에 뚜렷한 구조 목표는 롤 케이지를 섀시에 의해 흡수 한다 에너지의 대부분을 전송에 대 한 책임 . 이러한 이유로, 롤 케이지는 좌석의 첨부 파일 영역에는 높은 스트레스를 일으키는 차량의 후면에 밀어넣기됩니다. 도 불구 하 고 모든 안전의 따라 잠재적으로 향상 시킬 수 있는 기능, 최소한의 변형 된 모노 코크는 부품 없이 관통/천공 다른 사실의 명확 하 게 차량 디자인 간주 됩니다 주의 하는 것이 중요 하다 그것의 충격에 관한 안전 합니다.
따라서, 전체적으로 차량의 구조 설계 재료 사용량, 프로토콜에서 광범위 한 계산이는 모노 코크 디자인에 대 한 고 수에 맞게 조정 했다 겹 판 스프링에 대 한 측면에서 최적화 된 간주 됩니다. 라이트와 향상 된 기계적 성능을 제시 하. 또한, 숫자 충돌을 통해 테스트 시뮬레이션, 차량 구조 시연 성공적으로 최적의 에너지 효율성에 자동차의 평균 속도 고려 전체 정면 충격으로 유추 하는 기세를 견딜 수 있다.
공개 사항
저자는 공개 없다.
감사의 글
저자 감사 드립니다 온다 기 스포츠 협회 (www.ondasolare.com)의 모든 구성원이 그들의 필수 지원 및 Marko Lukovic는 순양함의 미적 디자이너 했다. 이 연구 활동 유럽 연합 및 POR FESR 2014-2020, 축 1, 연구 및 혁신 내부 에밀리 아 로마 냐 지역의 재정 지원으로 실현 되었다.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| CFRP 능직 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) | |
| 허니컴 | 듀퐁 | Nomex 9-14mm | |
| 만능 시험기(UTM) | Instron | Instron 8033 250 kN | |
| FEM | Ansys | Ansys 18 | |
| 수치 컴퓨팅 환경 | Matworks | Matlab R2018a |
참고문헌
- Popular Mechanics Magazine. 104 (3), Hearst Magazines. (1955).
- Thacher, E. F. A Solar Car Primer, A Guide to the Design and Construction of Solar-Powered Racing Vehicles. , Springer. (2015).
- Minak, G., Fragassa, C., de Camargo, F. V. A brief review on determinant aspects in energy efficient solar car design and manufacturing. Smart Innovation, Systems and Technologies. 68, 847-856 (2017).
- Tamura, S. Teijin advanced carbon fiber technology used to build solar car for world solar challenge. Reinforced Plastics. 60, 160-163 (2016).
- Kin, W. D., Kruger, S., van Rensburg, N. J., Pretorius, L. Numerical assessment of aerodynamic properties of a solar vehicle. ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , San Diego. (2013).
- Betancur, E., Mejía-Gutiérrez, R., Osorio-Gómez, G., Arbelaez, A. Design of structural parts for a racing solar car. Advances on Mechanics, Design Engineering and Manufacturing. Proceedings of the International Joint Conference on Mechanics, Design Engineering & Advanced Manufacturing (JCM 2016, 14-16 September, 2016, Catania, Italy). Eynard, B., Nigrelli, V., Oliveri, S. M., Peris-Fajarnes, G., Rizzuti, S. , Springer. 25-32 (2017).
- Joost, W. Reducing vehicle weight and improving U.S. energy efficiency using integrated computational materials engineering. Journal of the Minerals, metals, and Materials Society. 64, 1032-1038 (2012).
- Paterson, G., Vijayaratnam, P., Perera, C., Doig, G. Design and development of the Sunswift eVe solar vehicle: a record-breaking electric car. Journal of Automobile Engineering. 230, 1972-1986 (2016).
- Betancur, E., Fragassa, C., Coy, J., Hincapie, S., Osorio-Gómez, G. Aerodynamic effects of manufacturing tolerances on a solar car. Smart Innovation, Systems and Technologies. 68, 868-876 (2017).
- de Kock, J. P., van Rensburg, N. J., Kruger, S., Laubscher, R. F. Aerodynamic optimization in a lightweight solar vehicle design. ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , Montreal. 1-8 (2014).
- Sancraktar, E., Gratton, M. Design, analysis, and optimization of composite leaf springs for light vehicle applications. Composite Structure. 44, 195-204 (1999).
- de Camargo, F. V., Fragassa, C., Pavlovic, A., Martignani, M. Analysis of the suspension design evolution in solar cars. FME Transactions. 45 (3), 394-404 (2017).
- Hurter, W. S., van Rensburg, N. J., Madyira, D. M., Oosthuizen, G. A. Static analysis of advanced composites for the optimal design of an experimental lightweight solar vehicle suspension system. ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , Montreal. (2014).
- de Camargo, F. V., Giacometti, M., Pavlovic, A. Increasing the energy efficiency in solar vehicles by using composite materials in the front suspension. Smart Innovation, Systems and Technologies. 68, 801-811 (2017).
- Mathijsen, D. Redefining the motor car. Reinforced Plastics. 60, 154-159 (2016).
- Liu, Q., Lin, Y., Zong, Z., Sun, G., Li, Q. Lightweight design of carbon twill weave fabric composite body structure for electric vehicle. Composite Structures. 97, 231-238 (2013).
- Gay, D. Composite Materials: Design and Applications. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2014).
- Poodts, E., Panciroli, R., Minak, G. Design rules for composite sandwich wakeboards. Composites Part B: Engineering. 44 (1), 628-638 (2013).
- ASTM D7264. Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
- ASTM D2344. Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
- Rondina, F., et al. Development of full carbon wheels for sport cars with high-volume technology. Composite Structures. 192, 368-378 (2018).
- American Solar Challenge 2018 Regulations. Revision B, September 4, 2017. , Available from: http://americansolarchallenge.org/ASC/wp-content/uploads/2017/09/ASC2018-Regs-External-Revision-B.pdf (2017).
- Sodena, P. D., Kaddourb, A. S., Hinton, M. J. Recommendations for designers and researchers resulting from the world-wide failure exercise. Composites Science and Technology. 64, 589-604 (2004).
- Zenkert, D. An Introduction to Sandwich Construction. Engineering Materials Advisory Services Ltd. , (1995).
- Barbero, E. J. Finite Element Analysis of Composite Materials Using AbaqusTM. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2013).
- Hashin, Z. Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites. Journal of Applied Mechanics. 47 (2), 329-334 (1980).
- Yu, W. J., Kim, H. C. Double Tapered FRP Beam for Automotive Suspension Leaf Spring. Composite Structures. 9, 279-300 (1988).
- Shokrieh, M. M., Rezaei, D. Analysis and optimization of composite leaf spring. Composite Structures. 60, 317-325 (2003).
- Wood, K. Composite leaf springs: Saving weight in production. , Available from: https://www.compositesworld.com/articles/composite-leaf-springs-saving-weight-in-production-suspension-systems (2014).
재인쇄 및 허가
