Summary
בעבודה זו, מספר היבטים הקשורים תהליך תכנון מבני העתק מלא סיבים מחוזק פלסטיק רכב סולארי מפורטים, התמקדות המארז monocoque, המעיינות עלה, ולבדוק הרכב כולו במהלך קריסה.
Abstract
סיירות הם רכב סולארי הדייר מרובה הם שייצרו את להתחרות בלטווח ארוך (מעל 3,000 ק מ) גזעים סולארית המבוססת על הפשרה המיטבית בין צריכת האנרגיה את המטען. הם חייבים לציית מכללי של הגזע את הממדים הכולל גודל פאנל סולארי, פונקציונליות, ואת הבטיחות, דרישות מבניות, בעוד הצורה, את החומרים, את powertrain, ונחשבים המכניקה שיקול דעת של המעצב. בעבודה זו, ההיבטים הרלוונטיים ביותר של תהליך תכנון מבני מלא פחמן מחוזק סיבי פלסטיק השמש רכב מפורטים. בפרט, בפרוטוקולים המשמשים לעיצוב של הרצף למינציה של המארז, ניתוח מבנה של מעיינות עלה התרסקות מבחן סימולציה נומרי של הרכב, כולל הכלוב בטיחות, מתוארים. המורכבות של המתודולוגיה עיצוב של סיבים מחוזק מבנים מרוכבים יפוצה על ידי האפשרות של תפירה שלהם מאפיינים מכני, אופטימיזציה של המשקל הכולל של הרכב.
Introduction
מכונית סולארית הוא רכב סולארית שימשו יבשתית. המכונית הסולארית הראשונה הוצגה בשנת 1955: זה היה מודל 15 אינץ זעירים, של 12 תאים פוטו סלניום ו- מנוע חשמלי קטן1. מאז זה הדגמה מוצלחת, מאמצים גדולים בוצעו ברחבי העולם כדי להוכיח את הכדאיות של השמש-ניידות.
העיצוב של רכב סולארי2 הוא מוגבל חמור לפי כמות האנרגיה המושקעת נכנס למכונית, אשר די מוגבל בתנאים רגילים. איזה טיפוס עוצבו לשימוש הציבור, למרות אין מכוניות בעיקר מופעל על ידי השמש זמינים מסחרית. לאמיתו של דבר, מכוניות השמש נראה רחוק שימוש משותף בחיי היומיום, בהתחשב ליכולתם הנוכחי, במיוחד במונחים של עלות, הטווח והפונקציונליות. במקביל, הם הם המייצגים ספסל מבחן תקף לפיתוח מתודולוגיות חדשות, ברמות של עיצוב והן בייצור, שילוב טכנולוגיה המשמשת בדרך כלל בתחומים תעשייתיים מתקדמות, כמו התעשייה האווירית, אנרגיה חלופית, ו כלי רכב. בנוסף, רוב מכוניות השמש נבנו לצורך מכונית סולארית גזעים, blazoned אירועים בכל רחבי העולם, אשר המשתתפים הם בעיקר מאוניברסיטאות וממרכזי מחקר זה הן המתגאה המחקר של האופטימלית פתרונות לכל בעיה טכנית. בפרט, מארגני התחרויות החשובות ביותר (למשל, האתגר העולמי השמש האתגר) יש כבר אימוץ אסטרטגיה של פיתוח של תקנות המירוץ שמטרתן הבאת רכב קיצוניים אלה קרוב ככל האפשר כדי מסורתיות יותר אמצעי התחבורה. באופן ספציפי, לאחר שנים רבות בהם היו כלי רכב יחיד-מקומות, לנוע את המסלול מהר ככל האפשר, הקטגוריה מתהווה של כלי רכב סיירת יש כבר לאחרונה הציג ופיתח עבור תעבורה יעילה של עוד נוסעים.
לכלי רכב אלה, הדרישות הטכניות הפכו מחמירים עוד יותר. למעשה, לא רק הם צריכים להבטיח את יעילות אנרגיה מקסימלית, אלא הם גם חייבים לקיים תנאים הנדסיים מורכבים יותר קשורה פונקציות שונות. לדוגמה, אפשרות שינוע מספר רב יותר של הדיירים מקשה יותר להבטחת תנאי הבטיחות ואת drivability. המאמץ נעשה מסובך יותר עקב העלייה במשקל הכללי ואת הצורך להוסיף חבילת הסוללה גדול יותר, ואילו החללים הפנימיים צריך להיות מופחת, שהופך את המיקום של המכניקה קשה.
פילוסופיה עיצוב חדש יש לגשת, כולל חזון שונה של שימוש בחומר וייצור. ראשית, חומרים יש לבחור המבוסס על יחס חוזק למשקל הגבוה ביותר ולייצג, כתוצאה ישירה, סיבי פחמן מחוזק פלסטיק פתרון אופטימלי. יתר על כן, עליך ליישם בתחבולות ספציפיים עיצוב.
במאמר הנוכחי, מתוארים ההליכים מועסקים לעצב חלקים מבניים החשוב ביותר של הרכב סולארית, כגון התושבת שלה monocoque, ההשעיה, אפילו מבחן התרסקות חישובית. הטווח הסופי הוא להשיג במהירות רכב סולארי עם כמה שפחות המשקל, פשרה עם חוקי האווירודינמיקה וגזע.
ללא ספק, החיפוש אחר החומר האופטימלי מבחינת היחס בין משקל והתנגדות מוגבלת על ידי טכנולוגיית מועסק, אשר המכייר אוטוקלב של CFRP prepregs. מטרת השיטות שנבחרה היא הקביעה מהירה של הבחירה גשמי האופטימלית מבחינת רובדי טיפולוגיה בטווח מוגבל של אפשרויות ומבחינת קליעת ליי-אפ. למעשה, עיצוב עם חומרים מרוכבים מרמז על הבחירה בו זמנית של מאפיינים גיאומטריים של הסעיפים של חומר מסוים, הטכנולוגיה המתאימה (כך, המקרה שהוצג כאן, היה נחוש א-פריורי, כפי שקורה לעתים קרובות).
מספר תחרויות ביצועים הבינעירוניים הנודע עבור כלי רכב חשמליים שמשי נערכו ברחבי העולם בעשורים האחרונים, המערבים למעלה-דרגה לאוניברסיטאות ולמרכזי מחקר, מי הם הסוכנים הראשיים קידום פיתוח כזה ניידות טכנולוגיה. אולם, התחרותיות הפועלת בתחום מחקר זה בברית עם גבולות קניין רוחני הוא גורם מגביל ברצינות על פעפוע של ידע בנושא. משום כך, סקירת ספרות בחשבונות עיצוב מכונית סולארית עבור הפניות כמה (וגם לפעמים מיושנים), גם כאשר כל מחקרים מבוססים על זה סקר3, וזה למה המימוש של יצירות כמו ההווה מעודדים.
ללא תלות להיות משופרת איזה היבט של העיצוב של הרכב, מטרה משותפת תמיד מכוונת: הפרי של צריכת אנרגיה יעילה יותר. פרודוקטיבי שינויים בעיצוב לא תמיד מבוססים על טכנולוגיות חדשניות, כפי שהם יכול להתבסס רק על מכניקת כגון הנמכת מרכז הכובד של הרכב כדי להגביר את היציבות שלה (אשר חשוב במיוחד עבור תחרויות שנערכה במדבר אזורים4 עקב בצד רוח משבים5) או הפחתת המשקל של חלקי רכב6-של אשר 10% ירידה במשקל הכולל של כלי רכב חשמליים ניתן להסיק עד 13.7% ב7חיסכון באנרגיה. אסטרטגיות ניהול אנרגיה יסודי גם משמשות בדרך כלל באירועים מירוץ כדי להבטיח את הביצועים הטובים ביותר, היכן מרגש למהירות מקסימלית של 130 קמ ש וחיובים יחיד שאורכים מעל 800 ק מ ניתן להשיג מכוניות סיירת-קלאס8.
המחקר של הרכב אווירודינמיקה5,9,10 הוא חשוב להבטיח עמידות קטן מן האוויר וחלקות במהלך נהיגה, איפה מספר היבטים מרכזיים כדי להיות נשלט הפחתה של מקדם גרירה כדי לאפשר למכונית לעבור ולבזבז פחות אנרגיה, המקדם מעלית שחייב להישמר שלילי כדי להבטיח כי המכונית בבטחה, stably מחובר לקרקע, גם במהירויות גבוהות יותר.
פרמטר חשוב נוסף צריך להיות מעוצב מערכת ההשעיה, אשר מיושמת בדרך כלל כלי רכב רגיל עם המטרה הבלעדית של מתן נוחות, יציבות, בטיחות, אך מכוניות השמש זה חייב גם להיות אור. היבט זה חשוב יש נחקרו מאז 199911 מחקרים שכללו פיברגלס עלה מעיינות ו, לאחרונה, עם סיבי פחמן12 אשר, בעת שימוש להוות המשאלות קישורים13, הוכיח את עצמו לספק לא רק משקל הפחתת אבל גם גורם בטיחות משופרת. למרות המתלים כפול-עצם ללא ספק משמשים לעתים קרובות יותר מכוניות השמש14, המחקר הנוכחי מתייחס קפיץ עלה ואלכסוני בנוי עם סיבי פחמן, בשביל זה היא מערכת ההשעיה פשוטים וקלים עם משקל unsprung מופחת.
לגבי הייצור של המארז, הבנייה של מבנה monocoque עשוי סיבי פחמן הוכיח להעניק יתרון משמעותיים בביצועים, להיות אילוץ עיצוב הכרחית עבור הבולטים קיימים4,8 ,15 מכונית סולארית צוותים. השימוש של סיבי פחמן חיונית לביצוע של הרכב, המאפשר את הקבוצות לבנות כלי רכב שבו כל אחד של רכיבים מבניים (או חלקים שונים באותו המבנה, כמו המארז) יש כמות אופטימלית של סיבי שכבות מחושב כיוונים. בשביל זה, בעבודה זו, החומר היה להעריך נכסים דרך סטנדרטית בדיקות ניסיוניות, כגון הבחינה כיפוף 3 נקודות במבחן כוח (ILSS) interlaminar הטיה.
כדי להבטיח יציבות ממדית במהלך מחזור התרופה, הבנייה נעשית בדרך כלל עם שאלסי ואקום, החיטוי שהמודעות4 על תבניות סיב פחמן אשר, בתורם, הן בלמינציה קצף בצפיפות גבוהה דווקא טחון או בתבניות אלומיניום. רוב החלקים היוו מאת סנדוויץ מבנים (קרי, עם סיבים על העור, חומרים מאוד קל הליבה לשרת לייחס את ההתנגדות כיפוף הפרדות צבע נשיאה של משקל נמוך מאוד). בנוסף, סיב פחמן הוא גם יתרון המציעה רמות גבוהות יותר של בטיחות הרטט נגד תופעות תהודה12.
מכוון כדי לאשר את הבטיחות של הנוסעים באירועים התרסקות, מבחני ריסוק כרוך בדרך כלל בדיקות זמן רב ו uneconomical ניסיוני, הרסני עם כלי רכב מדגם. המגמה האחרונה אחד, כך הוא צובר פופולריות עצומה היא התרסקות מדומה-מחשב בדיקה, איפה סימולציות אלו לחקור על ביטחונם של הדיירים המכונית במהלך סוגים שונים של השפעות (למשלפרונטלי מלא, היסט חזיתית, בצד ההשפעה, רול מעל) . את החשיבות של ביצוע ניתוח התרסקות על רכב הכביש ואת הכדאיות לעשות זאת באמצעות דגמי מספריים, החקירה הנוכחית שמטרתה זיהוי התחומים הקריטיים ביותר של הרכב סולארית, במונחים של שני לחץ מרביות, דפורמציה, על מנת לאפשר השערה של שיפור של המבנה.
הבדיקה התרסקות מספרי רכב סולארי בזאת ביצעו הוא חסר תקדים. בהתחשב חוסר ביבליוגרפיה על מחקר תקנות ספציפיות עבור גישה חדשנית מכונית סולארית זו, הנחנו כי עיבוד זה מחשיב את ההשפעה של הרכב על מכשול נוקשה במהירות הממוצעת שלו. בשביל זה, דגמי הגיאומטריה של הרכב, ההדמיה (כולל רשת שינוי החוקה וסימולציות הגדרת) נערכו על תוכנות שונות המתאימות. השימוש של סיבי פחמן עבור המבנה של הרכב היא מוצדקת גם על-ידי אופן הפעולה שלו crashworthiness, אשר כבר הוכח להיות גבוה מזה של חומרים אחרים, כגון זכוכית סיבים מרוכבים, על מבחני ריסוק של כלי רכב חשמליים16.
Protocol
הערה: תהליך העיצוב של רכב סולארי הוא משימה מורכבת למדי, מעורבים היבטים רב תחומיים, אז זה לא אפשרי לכסות אותן פה. על מנת להנחות את הקורא, מוצג תהליך לוגי שבו מוטמעים הפרוטוקולים המתואר באיור1.
איור 1: תרשים זרימה עיצוב. האינטראקציות בין החלקים השונים של תהליך העיצוב מתוארים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
1. קליעת ליי-אפ של עיצוב מארז הראשי
- לקבוע את התפלגות העומס בתרחיש הגרוע מכל.
- הכפל הנוסעים ואת הסוללה pack הפצות המונית על ידי האצת אנכי של העיצוב כדי להשיג את העיצוב המרכזי העומס.
- שקול את המיקום של המושבים מהמיקומים שונות אפשרית בסוללה.
- לחשב את התגובות על המפרקים העלים. הרכב נחשב פשוט תמיכה-קרן.
- לקבוע את הדיאגרמות של הרגע, הטיה כיפוף.
- למצוא את המרבי המותר מאמץ גזירה על חומר הליבה. ערכו ניתן לקרוא בגיליון טכני הליבה או למצוא באמצעות ניסוי על דגימות מתאימים. במקרה זה, ניתן לקבוע את הלחץ delamination של עננים נים הליבה.
- לחשב את עובי ליבת כריך בהתבסס על הטיה ההתנגדות17,18 (איפה
הרוחב שבהן לכפות ההטיה 
חלה, 
הוא עובי הליבה).
- למצוא כוח מתיחה, compressive של עננים נים הזמין CFRP. הערך שלהם ניתן למצוא בגליונות טכני של עננים נים.
- לקבוע השפעול כוח כיפוף של תערובות כריך19.
- לקבוע השפעול של ILSS עבור הצירופים האפשריים של חומרים20,21.
- קח בחשבון הסעיפים השונים של הרכב, צורתן מיועד פשרה בין הצרכים הפונקציונליים ודרישות אווירודינמי.
הערה: קיימים שלושה חלקים קריטיים במארז — עם הרגע כיפוף הגבוה ביותר, ואת שני הקצוות, היכן האזור באופן דרמטי מוקטן בשל נוכחותם של המערכות גלגל-השעיה. יתר על כן, בסעיפים מופחת שני אלה, ההטיה שתתאפשר מהמעיין עלה לתושבת. - להפוך את ההנחה על והופה בשלושת המקטעים נחשב בחלקים שונים של הסעיפים, אם לוקחים בחשבון כי טכנולוגית מינימום17 הוא לפחות 10% של סיבי לכל כיוון (0 ° [קרי, האורך], 90 ° [קרי, חציה], ו ± ° 45 [קרי, אלכסוני]), את המטען החשוב ביותר מתנהג בחלק ספציפי של המקטע, שהמספר של עננים נים הוא מספר שלם, כי העובי חייב להישמר עד למינימום.
- לחשב את הלחצים מתיחה, compressive המירבי על פי17,תורת18 כריך ולהשוות אותם לאלה המותר (איפה נגמר אשר הרוחב ברגע
חלה, , 
הן בעובי של הליבה ושל של עננים נים, בהתאמה).
- לשנות והופה, אם נחוץ, ו לחזור שלב 1.9.
- ליצור מודל של מעטפת סופיים בתוכנה Abaqus ולהחיל את עומסי ההשפעה-המקבילה שנקבעו על ידי תקנות22.
- ליצור את המארז התיקים CAD.
- ייבוא המארז בתוכנה פמ מעטפת או חלק מוצק על ידי לחיצה על ייבוא | חלק. אם זה מיובא בתור מוצק, השתמש בכלי הגיאומטריה לערוך כדי להפוך אותו לחלק מעטפת.
- להגדיר את מאפייני שכבה CFRP יחיד כמו חומר אלסטי עם סוג פרופריה או קבועים הנדסה; בחר את מודולים אלסטי יחסי פואסון של החומר. שים לב כי פרמטרים קבועים הנדסיים דרושות אם ניתוח ההתנהגות out-של-המטוס של המעטפת. בחר Hashin נזק קריטריון ליישם קריטריון כשל עבור רובדי מרוכבים26.
- צור מקטע Layups ללא הפרדות צבע על-ידי הגדרת את רצף הערמה laminate. להקצות לכל רובדי שלו כיוון ועובי בטופס טבלאי.
הערה: העובי שלאחר ריפוי יש לקחת בחשבון כי CFRP הדיוט. - הקצה את ההפצה של אלמנטים נפרדים של החלק על ידי זרעים Mesh. להשתמש מחיצת פנים הכלי הטיה זרע כדי להגדיל את מספר הרכיבים במקומות קריטיים. בחרו צורת יסוד נשלט-Quad ואת סוג אלמנט המעטפת . לחץ על שילוב מופחתת אם ההשפעות שעון חול במודל הם זניחים; אחרת, השתמש בשילוב nonreduced.
- ליצור מופע של המארז במודול הרכבה . . זה האחד שאליו עומסי והתנאים גבול יוחלו.
- להגדיר את ההליך ניתוח במודול שלב כמו סטטי. בחר את ההגדרות של solver. בחר Nlgeom: על כדי להפעיל התנהגות membranal לא-ליניאריות.
- החל המון שוות לאלה שנקבעו בתקנות כפי הגוף לכפות טוען על השלדה. החל מרוכזים כוחות ומעמדות סוללות ואת הדיירים לקחת בחשבון שלהם משקולות lumped.
- החל את BCs על המופע. שקול את המארז כגוף נתמך שכוונת מאת עומסים חיצוניים, עם המוצמד לפנה ס-מאלץ ' מיקומים.
- הגדרת התוצרים במודול שדה פלט בקשות . בחר תחום: צעד וחצי ללא הפרדות צבע כדי לחלץ את התפוקות במיקום של כל רובדי לרבד.
- ליצור עבודה ולהפעיל את הניתוח.
- בדוק את התאימות של התוצאות בדרישות של התקנות22. . למקרה שהם אינם מסופקים, לחזור צעדים 1.9 ו- 1.12.4 ולשנות את רצף למינציה.
- להפיק ספר-רובדי לתרגם את הגישה סעיף-מאת-סעיף של מעצב מבניים בגישה רובדי-מאת-רובדי הדרושים על ידי היצרן.
- שינויים מיוחדים בסעיפים איפה דרישות פונקציונליות ספציפית להוביל לירידה של עובי כריך.
- מייצרים את המארז ב החיטוי.
- לייצר קצף בצפיפות גבוהה דפוסי על ידי דיוק הטחינה.
- להבטיח גימור משטח החלקה עם נייר זכוכית פיין-ברמת גסות.
- להחיל שכבות של סילר לאיטום ולשחרר הסוכן על הקצף על מנת להבטיח את detachability של התבניות סיבי פחמן.
- ייצור התבניות על ידי הרכבת מראש ספוג סיב פחמן זרז-החומצות שכבות ואיטום כל חלק עם ואקום שק דחיסה של תרופה נוספת אוטוקלב.
- ללטש את פני השטח של התבניות המיוצר להחיל סילר לאיטום, הפרדה.
- למינציה החלקים מארז על העובש לפי הספר-רובדי ולהגיש להם שקית ואקום דחיסה ולריפוי של החיטוי.
הרוחב שבהן לכפות ההטיה 
חלה, 
הוא עובי הליבה).
חלה, 
הן בעובי של הליבה ושל של עננים נים, בהתאמה).
2. עלה האביב עיצוב
איור 2: טעינת דיאגרמות של האביב העלה. איור זה מציג את ההטיה ולברר את המשחק הרגע כיפוף על המעיין עלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
- לקבוע את חלוקת עומס לאורך המעיין עלה (ראה את הדיאגרמה כיפוף, הטיה של איור 2).
- להעריך את העומס המרבי שיוחלו הגלגלים של הרכב בתרחיש הגרוע מכל (ראה צעד 1.1).
- לחשב את הכוחות תגובות (עומס מרבי
) על המעיין עלה ממנף את הקצוות, בהתחשב הזרוע ההשעיה. - הגדר את התומכים וטעינה נקודות של האביב העלה בהתבסס על שלה נקודות המארז רכב, ההשעיה אלה.
- לקבוע הדיאגרמות של כיפוף, הטיה, מידול המעיין עלה כמו קרן כיפוף ארבע נקודות עם עומס מרבי שווה החלת בקצוות (הגרוע ביותר).
- להעריך את העקירה המרבי
של האביב העלה מסתיימת בהתאם ההשעיה גאומטריה ושטח המותר סביב המסגרת הרכב. - בחר את החומר עם זן ספציפי לאחסון אנרגיה יכולת גבוהה,
.
כאן,
הוא הלחץ המותר, 
הוא הנפח, ו 
היא הצפיפות.- כמו כיפוף הוא עומס הדומיננטי של המעיין עלה (עומס הטיה הוא אחד או שניים סדרי גודל נמוך יותר), לשמור את הכוח עייפות החומר כמו .
- עבור חומרים מרוכבים orthotropic, שקול העייפות כיפוף עוצמת FRP לאורך הכיוון העיקרי (כיוון סיבים) כמו .
- כמו כיפוף הוא עומס הדומיננטי של המעיין עלה (עומס הטיה הוא אחד או שניים סדרי גודל נמוך יותר), לשמור את הכוח עייפות החומר כמו
- מבחינה מושגית לעצב את צורת העלים ואת והופה, להגדיל את האנרגיה ספציפי לאחסון יכולת.
הערה: המעיין עלה סעיף קרוס צריכה להיות מעוצבת כך המדינה מתח המרבי המותר מתרחשת לאורך כל המעיין עלה.- להתמקד רק על הדיאגרמה כיפוף של איור 2. העומס הטיה הוא אחד או שניים סדרי גודל נמוך יותר. על סמך זה, לחלק את האביב העלה שני סוגי מגזרים: בין שני תומך (
) ובין תומך את קצות העלים (
). - לאורך , להשאיר את העומס כיפוף קבוע ואת מקסימום שלה; לפיכך, גם לשמור חתך הרוחב קבוע.
- לאורך , להגביר את עומס כיפוף באופן ליניארי מנקודת יישום עומס לתמיכת; לפיכך, הגובה חתך
צריך לספק את המשוואה הבאה כדי לשמור על הלחץ 
מתמדת על המשטח החיצוני של האביב העלה, לאורך כל אורכו.
כאן,
הוא המרחק מנקודת של יישום של עומס מרבי 
, 
הרוחב חתך הרוחב. הנוסחה עולה כי לאורך להתפרס, גובה חתך רוחב של המעיין עלה 
צריך להיות צמצום עם פרופיל פרבוליות. עם זאת, מסיבות תרגול תהליך, משוער גובה פרופיל של המעיין עלה במשאב ליניארי.
הערה: שמור קבוע כדי למנוע הפרעה סיבים במהלך תהליך למינציה, אשר תפחית את כוחו של laminas ללא הפרדות צבע. - מכיוון כיפוף הוא גבוה יותר מאשר העומס הטיה, להשתמש במבנה סנדוויץ עם גרעין מחודדות באופן ליניארי של 0-90 בד FRP להתנגד המון הטיה, להתייעץ נוקשות הפיתוליות ה עלה האביב ל שכבות חיצוניות של כיווני FRP מונחה עם המעיין עלה ציר ראשי ניגודיות עומס כיפוף. השכבות החיצוניות יש עובי קבוע כדי למנוע שיבושים גיאומטרי באזור מתוח גבוה יותר.
- להתמקד רק על הדיאגרמה כיפוף של איור 2. העומס הטיה הוא אחד או שניים סדרי גודל נמוך יותר. על סמך זה, לחלק את האביב העלה שני סוגי מגזרים: בין שני תומך (
- להשיג את מתיחה, compressive, flexural, ו הטיה חוזק חומרים FRP שנבחרו. ניתן למצוא את ערכם גליונות נתונים טכניים או בעזרת מבחן המבוסס על תקני ASTM (אופציה מועדפת).
- למטב את הממדים הגיאומטריים של העלים באמצעות מודל אנליטי.
הערה: הפונקציה אובייקטיבית היא למזער את המסה תוך עמידה על האילוצים שנכפה עליו; לפיכך, לקיים עומס מרבי עם אפשרות סטיה שווה ל ולשמור את הלחצים נמוכים יותר מאלה חומר-המותר.- הגבל את התנאי על להתרחבות מירבית עבור עומס מרבי שצוין .
כאן,
הוא ערך קטן מוכנס מסיבות התכנסות. מבחינה מושגית, המעיין עלה זה כריך עם מגרעין מחודדות באזור. חישוב סטיה של 
-ההעמסה , על-ידי חוקי קסטיליאנו.
כאן,
, 
הם הנוקשות flexural של המעיין עלה לאורך , , בהתאמה.
כאן,
, 
הם הנפח של הליבה, השכבות החיצוניות, בהתאמה.
הוא עובי השכבה החיצונית, ו
הוא עובי הליבה.
- הגבל את התנאי על מרבי כיפוף מתח:
(כיפוף מתח עייפות המרבי אוד). להעריך 
על-ידי תורת אוילר-ברנולי.
- הגבל את התנאי על הליבה המרבי ואת השכבה החיצונית הטיה מדגיש:
(הליבה המרבי עייפות גזירה) 
(הליבה המרבי עייפות גזירה). להעריך 
, 
על-ידי תורת אוילר-ברנולי24.
- להשתמש המסה העלים פונקציה אובייקטיבית כדי למזער.
הערה: הפרמטרים גיאומטרי אשר יכולים להיות מגוונים הם:
, , ו . אם מותר על ידי העיצוב של נקודות העגינה למסגרת, , יכול גם להיחשב משתנים, אם מכובד אלץ הבאים:
- לפתור את הבעיה iteratively או על-ידי מיטוב אלגוריתמים, אשר ניתן למצוא משולב במספר תוכניות תוכנת מחשוב מספריים.
- הגבל את התנאי על להתרחבות מירבית
- לבצע סימולציה FE של האביב העלה ממוטבת ב אנסיס מרוכבים Pre/Post (ACP). המטרה היא להעריך את ריכוז מתח והמון out-של-המטוס.
- צייר, כמו משטח, הגיאומטריה CAD של רק רבע האביב העלה עם המשטח מחולק התכתבות עם נקודת תמיכה וריאציות והופה.
- ליצור פרוייקט חדש של סימולציה אנסיס עבודה, שעליו מונחים. בחר ACP (קדם) (' מתפריט ' ארגז הכלים ) על-ידי גרירתו לתוך סביבת העבודה.
- הגדרת תכונות של חומר על ידי לחיצה על נתונים הנדסה. בחר מקורות נתונים הנדסה ויבא מן חומרים מרוכבים תיקיה פחמן אוד prepregs השזורים ברירת המחדל תכונות החומר, באמצעות לחיצה כפולה עליהם. עדכן הקבועים גשמי ב משלושה כיוונים עיקריים אלה זמינות בגיליון נתונים גשמי או שהושג מתוצאות הניסוי.
- יבא את הגיאומטריה תוך שמירה על הקשר עם ה-CAD בלחיצה ימנית על גאומטריה ואז על ייבוא גאומטריה. לייבא אותו בתבנית מקורית של CAD.
- לחץ פעמיים על מודל. הקצה של עובי משטח שרירותי. הגדרת אזורי צעד וחצי שונים באמצעות פונקציית הבחירה בשם (לחיצה ימנית על דגם ולאחר מכן על הוסף). ליצור רשת השינוי ברירת המחדל על ידי לחיצה ימנית על רשת ולאחר מכן על יצירת רשת שינוי.
- ב- , עבודה, שעליו מונחים פתח ACP – מראש על-ידי לחיצה כפולה על ההתקנה.
- הגדרת המאפיינים של עננים נים בתוך תיקיית תפריט נתונים חומר . לבחור בד ליצור על-ידי לחיצה ימנית על בדים; לאחר מכן, להגדיר את החומר , להקצות את prepreg עובי. בחר ליצור תת פלסטיים על-ידי לחיצה ימנית על הצוללת פלסטיים ולהגדיר את רצף הערמה laminate תת.
- הגדרת מערכת קואורדינטות מקומית רכיב בתוך תיקיית תפריט רוזטות לפי הכיוון העיקרי של תהליך למינציה (ציר ראשי עלה האביב).
- אוריינט הקואורדינטות המקומי של האלמנטים פמ בתוך תיקיית תפריט מונחה בחירה מוגדר על-ידי הגדרת עבור כל רכיב קובע (שהוגדרה קודם לכן בשלב 2.7.5) נקודת המוצא שרירותי, רוזטות שהגדרת בשלב 2.7.8.
- הגדר את צעד וחצי בהתבסס על התוצאות המתקבלות בתהליך אופטימיזציה של שלב 2.7. לחץ לחיצה ימנית על קבוצות מידול , בחר ליצור רובד. הגדר את מונחה הבחירה להגדיראת רובדי חומר, את המספר של שכבות. חזור על זה עבור כל קבוצה חוזרת של עננים נים.
הערה: בצע באותו סדר הערימה של תהליך למינציה. - עבודה, שעליו מונחים, גרור ניתוח סטטי מבניים (' מתפריט ' ארגז הכלים ) אל סביבת העבודה. לאחר מכן, גרור \Setup ACP (קדם) structural\Model סטטי ובחרו להעביר נתונים מורכב מוצק. לחץ פעמיים על Structural\Setup סטטי.
- להחיל את הסימטריה, להגביל את תנאי גבול. לחץ לחיצה ימנית על מבנה סטטי ובחר Insert\Displacement. בחר את הקצה או על פני השטח של הגיאומטריה והגדר העקירה 0 עבור הכיוון הרכיב המתאים.
- להחיל את כוח , באותו ההליך של שלב 2.7.12.
- לפתור את המודל פמ כמו אלסטי ליניארי על ידי לחיצה על לפתור.
- להעריך את העקירה המרבי
) של האביב עלה על-ידי לחיצה ימנית על פתרון ובחירה Insert\Deformation\Directional. אם זה נמוך, חזור לשלב 2.7.10, להגדיל את מספר אוד החיצוני עננים נים; אם זה גבוה יותר, לצמצם אותו. - ב- עבודה, שעליו מונחים, גרור ACP (Post) (בתוך ארגז הכלים) ACP (קדם) \Mode. לאחר מכן, גרור Static\Structural פתרון \Results ACP (פוסט). לחץ פעמיים על \Results ACP (פוסט).
- לחץ לחיצה ימנית על תיקיית תפריט הגדרות ובחר כקריטריון כשל Hashin תלת-ממד.
- לחץ לחיצה ימנית על תיקיית תפריט פתרונות ובחר ליצור כשל... בחרו Hashin וסמנו להראות על מוצקים.
- בדוק אם הקריטריונים כשל הן תמיד מתחת לאחת. אם הם לא, חזור לשלב 2.7.7, להגדיל את מספר עננים נים באזור מזוהה קריטי, המכוונת אותם לפי הצורך.
- לכתוב את הספר רובדי.
- מבחן דגם המשנה את גודלו של המעיין עלה מעוצב.
- עיצוב, באמצעות המודל האנליטי של שלב 2.7, 1/5-1/10-קנה המידה באביב עלים, כוונון שכבות חיצוניות ועובי הליבה יש את אותו יחס בין כיפוף הטיה הלחץ של הרכיב אמיתי, של עקמומיות דומה עבור המטען המרבי.
- למינציה המעיין עלה שקנה המידה שלה השתנה.
- מבחן זה עם רגיל 4 נקודות כיפוף בדיקה קבועה.
- לנתח את העומס המרבי, עקירה, את מצב כשל.
- למטב את העיצוב של המעיין עלה בהתבסס על מסקנות הבדיקה הניסיונית.
- מייצרים המעיין עלה ממוטבת.
) על המעיין עלה ממנף את הקצוות, בהתחשב הזרוע ההשעיה.
של האביב העלה מסתיימת בהתאם ההשעיה גאומטריה ושטח המותר סביב המסגרת הרכב.
.
הוא הלחץ המותר, 
הוא הנפח, ו 
היא הצפיפות.
) ובין תומך את קצות העלים (
).
צריך לספק את המשוואה הבאה כדי לשמור על הלחץ 
מתמדת על המשטח החיצוני של האביב העלה, לאורך כל אורכו.
הוא המרחק מנקודת של יישום של עומס מרבי 
, 
הרוחב חתך הרוחב. הנוסחה עולה כי לאורך 
צריך להיות צמצום עם פרופיל פרבוליות. עם זאת, מסיבות תרגול תהליך, משוער גובה פרופיל של המעיין עלה במשאב ליניארי.
הוא ערך קטן מוכנס מסיבות התכנסות. מבחינה מושגית, המעיין עלה זה כריך עם מגרעין מחודדות 
-ההעמסה 
, 
הם הנוקשות flexural של המעיין עלה לאורך 
, 
הם הנפח של הליבה, השכבות החיצוניות, בהתאמה.
הוא עובי הליבה.
(כיפוף מתח עייפות המרבי אוד). להעריך 
על-ידי תורת אוילר-ברנולי.
(הליבה המרבי עייפות גזירה) 
(הליבה המרבי עייפות גזירה). להעריך 
, 
על-ידי תורת אוילר-ברנולי24.
, 
) של האביב עלה על-ידי לחיצה ימנית על פתרון ובחירה Insert\Deformation\Directional. אם זה נמוך, חזור לשלב 2.7.10, להגדיל את מספר אוד החיצוני עננים נים; אם זה גבוה יותר, לצמצם אותו.3. הדמיית מבחן התרסקות בעירום מלא
איור 3: סיירת גאומטריה. איור זה מציג את צורתו הכללית ואת הממדים של הרכב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
- לצייר את הגיאומטריה של הרכב (איור 3).
- ליצור ולתת שם פרוייקט חלק חדש ב ה-CAD מידול תוכנה.
- מודל חלקים מוצק שימוש במשאבים הבלטת ממד, סיבוב, Swept, ולהבטיח לופט מלא פנה בין חלקי רכב שונים (כגון המארז, מושבים, רול הכלוב). בעת הצורך, לחץ על הכרטיסיה השטח, הגיאומטריה הפניה, ואת המטוס כדי למשוך מטוס הפניה.
- חזור על שלב 3.1.2 עד הגיאומטריה הינו מושלם עם monocoque, דלתות, לגלגל הכלוב, מושבים, סוללה, גלגלים, צמיגים, מרכז הגלגל, זרועות ההשעיה, עלה האביב, היגוי ומערכת מכשול מוצק נוקשה (2 x 2 מ').
- לנצל את הסימטריה bilateral כדי למטב את החישובים ולהשתמש דגם חצי-רכב. תחת הלשונית Utilities , לחץ על בדוק סימטריה ובחר בפקודה פצל סימטריה אוטומטית . לאחר מכן, לחץ מצד הגוף יישמר, לאשר על ידי לחיצה על החלק המפוצל.
- להמיר את הגופות מוצק משטחים: בחר הפרצופים הקשורים העובי של הגופים ולחץ על הכרטיסיה משטחים , ואז, על הפנים למחוק.
- לחץ על שמירה בשם , בחר את תבנית STP .
- להגדיר ולבצע הסימולציה.
- ליצור ולתת שם פרוייקט חדש בתוכנת סימולציה אנסיס עבודה, שעליו מונחים סופיים.
- גרירת ארגז כלים - ניתוח מערכות סכמטי פרוייקט חלון מפורשת דינמי . לחץ פעמיים על נתונים הנדסה ולהוסיף חומרים חדשים, גורר את המאפיינים הדרושים שלהם מן העץ בארגז הכלים , הוספת הערכים שהתקבלו בסעיף 1 של פרוטוקול זה, מתן שמות כל חומר בהתאם.
- לחץ לחיצה ימנית על גאומטריה לגיאומטריה ייבוא. לחץ על עיון , בחר את הקובץ. STP שנוצר בשלב 3.1.6.
- לחץ פעמיים על מודל תחת מפורשת דינמי כדי לפתוח את הסביבה מודל .
- פעם אחת בתוך הסביבה מודל , לחץ לחיצה ימנית על גאומטריה להוספת נקודת המסה עבור אלמנטים תלת-ממדי או שכבה מקטע עבור רכיבים דו-ממדית, להגדרת בגושים מרוכזים או את צעד וחצי ללא הפרדות צבע, בהתאמה. עבור כל אחד מהרכיבים תחת גאומטריה, שיש להקצות את החומר המתאים ואת עובי של המשטחים תחת פרט-חומרים.
- לחץ לחיצה ימנית על דגם להוספת סימטריה - סימטריה באזור. המטוס סימטריה yz ימאהה מגדיר סימטריה גיאומטרי הנכון מבחינת התוצאות בעתיד נותן תנאים נאותים גבול.
- כדי להגדיר כראוי את החיבורים, למחוק את כל החיבורים האוטומטיים ולהשאיר רק הגוף אינטראקציות, כהגדרתו חיכוך.
- תחת הפרטים רשת שינוי שיטת מפורשת (איור 4), להוריד את רכיבי בלוטות midside ולהגדיר את גודל פונקציה על עקמומיות בינונית מרכז Relevant. להגדיר את הגודל המרבי של רכיב עד 30 מ מ עם מינימום של 6 מ מ.
- הגדר את המספר של יחידות ה-Cpu מקבילי עיבוד תחת הכרטיסייה מתקדם של מקטע רשת שינוי .
- הגדר את מהירות כתנאי ראשוני מתחת לעץ תנאי ראשוני של הכרטיסיה Dynamics מפורשת .
- הגדר את תנאי גבול אילוץ על ידי לחיצה ימנית על הכרטיסיה Dynamics מפורשת , בחירת הוסףאיסוף תמיכה קבועה להגדרת המכשול הנוקשה, הזחה קבוע כדי למנוע את זה הגלגל נעה על ציר z.
- תחת הגדרות ניתוח, להגדיר את הפקדים מבחינת הזמן בסוף (אל 0.3 s) ואת המספר המרבי של מחזורי (2.5 x 105), הקלט הדרוש כדי לקבל מהירות, ואת האנרגיה הקינטית (שווה לאפס).
- תחת פתרון, לחץ לחיצה ימנית על פרטי פתרון כדי להוסיף קינטי אנרגיה פנימית – סה כלעקוב אחר תוצאות אלו. בצד השני, תחת פרטי פתרון, פתרון פלט ניתן לעקוב מבחינת אנרגיה סיכום זמן קבועה, שימור אנרגיה.
- לחץ על לפתור , לנתח את התוצאות התוצאה מבחינת דפורמציה הכולל הלחץ, המתח, סה כ, פנימית, אנרגיה קינטית, האצת.
איור 4: רשת של אלמנטים סופיים שהוחלו על הדגם חצי-רכב- איור זה מציג את דיסקרטיזציה של המודל, נעשה של חצי של הרכב עקב הסימטריה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Representative Results
קליעת ליי-אפ של המארז הראשי: התוצאה הסופית של הפרוטוקול הוא הרצף למינציה, הנקרא גם את הספר רובדי. עם זאת, בעוד ההפצות עומס ודיאגרמות של הכוח הרגע ואת הטיה כיפוף עשוי להיקבע על ידי שיקולים מכניקת המוצק פשוטה, נקודת מפתח של הפרוטוקול הוא הערכת תכונות החומר בפועל. למעשה, גם אם רבים של הכמויות הנחוצות על-ידי מעצב מבניים ניתן למצוא בגליון הנתונים גשמי, שלב הייצור ואת האינטראקציה עם חומרים אחרים ניתן לשנות את התגובה מכני של חומרי הגלם. בסעיף זה, מוצגים את הסידור ניסיוני השלשה הכיפוף, הבדיקות ILSS (ראה איור 5). מבדיקות אלה, זה אפשרי להעריך הכוח כיפוף של כריך laminas כדי למצוא את הגבול התחתון של כוח ההטיה של הליבה נומקס; מתח נציג-הזחה עקומות מוצגים באיור 6 עבור שתי נטיות שונות של ארוגים למינציה. יתר על כן, ILSS הוא קריטי כדי לקבוע את ההתנגדות delamination בקצוות המארז, איפה הכריך הופך להיות עשוי פלסטיק.
איור 5: בדיקות מכניות. לוחות אלה מראים בדיקות מכניות של (A) את השלשה כיפוף (ב') ILSS. הצורה של הדגימה את התנאים הטעינה מוצגים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6: טיפוסי תוצאת בדיקות כיפוף השלשה. אלה לוחות הצג תוצאות טיפוסי של מבחן כיפוף 3 נקודות עבור (A) הדיוט [0/90]n ו- (B) [± 45]n הדיוט. לחצים שמחושבים העומס נמדדת על ידי התא מטען, העקירה נמדד על ידי מתמר מוטבע בתוך המכונה בדיקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7, הרצפים למינציה, שמוגדרת על ידי סקטור כייר המארז, מוצגים. אפיון מפורט של הרצף למינציה מפורט בטבלה1. הטבלה מחולקת משלושת השלבים של החיטוי תהליך ריפוי אשר נעשים ברצף, החל הנדן החיצוני, ואז הליבה נומקס, מהאיכותיים, ולבסוף הנדן הפנימי.
איור 7: תוצאה של תהליך העיצוב- כל האזור מאופיין על ידי זיון שונים. את המספרים ואת הצבעים להגדיר את אזורים שונים אשר מחולק מבנה השלדה, לראות טבלה 1- אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| שלב 1 | ||||
| p = 6 בר; t = 2 h; T = 135 ° C | ||||
| תת סעיף. | סקטור | זווית | n ° | חומר |
| P 1.1 | גלובל | +45 ° | 1 | T800 סאטן |
| 1.2 P (reinf) | 1 | 0° | 1 | M46J חד |
| 2 | 90° | 1 | M46J חד | |
| 3 | +45 ° | 1 | M46J חד | |
| 1b | 0° | 1 | M46J חד | |
| 1.3 P (reinf) | D | 0° | 2 | M46J חד |
| C | -45 ° | 1 | M46J חד | |
| C | +45 ° | 1 | M46J חד | |
| A, B, C, D | -45 ° | 1 | M46J חד | |
| A, B, C, D | +45 ° | 1 | M46J חד | |
| 1.4 P (reinf) | B | 0° | 2 | M46J חד |
| A, D, C | 90° | 1 | M46J חד | |
| A, D | 90° | 2 | M46J חד | |
| P 1.5 (reinf) | D | 0° | 1 | T800 סאטן |
| D | 90° | 3 | M46J חד | |
| D | 0° | 1 | T800 סאטן | |
| D | 0° | 3 | M46J חד | |
| P 1.6 | גלובל | 0° | 1 | T800 סאטן |
| שלב 2 | ||||
| p = 1, 5 בר; t = 2 h; T = 1110 ° C | ||||
| P 2.1 | גלובל | / | 1 | סרט דביק |
| P 2.2 | 1, 2, 3 | / | 1 | נומקס 14 מ מ. 32Kg/m ^ 2 |
| P 2.3 | 1b, D, 0 | / | 1 | נומקס 9 מ מ. 32Kg/m ^ 2 |
| P 2.4 | גלובל | / | 1 | סרט דביק |
| שלב 3 | ||||
| p = 6 בר; t = 2 h; T = 135 ° C | ||||
| P 3.1 | גלובל | 0° | 1 | T800 סאטן |
| 3.2 P (reinf) | D | 0° | 3 | M46J חד |
| D | 0° | 1 | T800 סאטן | |
| D | 90° | 3 | M46J חד | |
| D | 0° | 1 | T800 סאטן | |
| 3.3 P (reinf) | A, D | 90° | 2 | M46J חד |
| A, D, C | 90° | 1 | M46J חד | |
| B | 0° | 2 | M46J חד | |
| 3.4 P (reinf) | A, B, C, D | +45 ° | 1 | M46J חד |
| A, B, C, D | -45 ° | 1 | M46J חד | |
| C | +45 ° | 1 | M46J חד | |
| C | -45 ° | 1 | M46J חד | |
| D | 0° | 2 | M46J חד | |
| P 3.5 | 1b | 0° | M46J חד | |
| 3 | -45 ° | 1 | M46J חד | |
| 2 | 90° | 1 | M46J חד | |
| 1 | 0° | 1 | M46J חד | |
| P 3.6 | גלובל | +45 ° | 1 | T800 סאטן |
טבלה 1: למינציה רצף של השילדה- טבלה זו מציגה את המפרט של והופה עבור אזורים שונים של המארז, מוגדרת על ידי איור7. זה מחולק משלושה שלבים שונים למינציה, כי נעשים ברצף.
אחרי המבנה של המארז, כלוב מתגלגל טיטניום יתווסף לפי הכללים של הגזע20, ספציפית מספרית יבוצעו בדיקות כדי לוודא את ההתנגדות של הרכב כולו, בעיקר, העדר חדירה של nonstructural חלקים כלפי הדיירים. באיור 8, ההוראות של עומסים סטטי ההשפעה-המקבילה מוצגים, איור 9 העקירה המתאימים ניתן להעריך מפות. בשלב זה, רק גאומטריה סכמטי משמש לחישוב, בעוד בגיאומטריה שלם משמש עבור האימות הסופי של מבחן התרסקות.
איור 8: כיווני עומס סטטי ההתרסקות-שוות-ערך. על פי התקנות, מבנה הרכב נטענה על-ידי כוח סטטי שווה ל- g 6 פעמים המסה הכוללת הכיוונים המוצג בתמונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 9: מפת displacements מחושב. איור זה מציג דוגמה displacements שחושב במקרים המוגדרים באיור8. העקירה להיות נמוך מ- 25 מ מ בכל אזור בקרבתו של הדיירים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
העלים: התוצאה של הפרוטוקול זה אופטימיזציה של קפיץ עלה רוחבי מרוכבים עם יכולת אנטי-רול. העיצוב שלה צריך לענות על דרישות ספציפיות שונות: הלחץ שמתחת לרמה המותרת-חומר עומס מרבי, מנדנד ספציפי של משקל מינימלי. על מנת לעמוד בכל הדרישות האלה, מוצג מודל אנליטי ואופטימיזציה. בזכות המודל, זה אפשרי להשיג במהירות את הגיאומטריה האופטימלי ואת והופה קונספטואלי. הדיוק של המודל אומת על ידי אלמנטים סופיים של מבחן ניסיוני על קפיץ עלה 1/5-קנה המידה. המעיין עלה שקנה המידה שלה השתנה כפולה-תמיכה במרכז (אשר משתרע על פני 100 מ מ), נטען בקצוות התואם החורים (שיימתחו 190 מ"מ) עם 1,000 N לכל צד. הגיאומטריה ממוטב ואת רובדי-ספר של האביב העלה מדווחים איור 10 ו לטבלה 2, בהתאמה.
איור 10: דגימה ממוטבת של הגיאומטריה העלים. איור זה מציג את הגיאומטריה של הקפיץ עלה שקנה המידה שלה השתנה נבדק להישבר כדי לאמת את מודל נומרי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| אוטוקלב אשפרה | |||||
| p = 6 בר; t = 2 h; T = 135 ° C | |||||
| תת סעיף. | סקטור | זווית | n ° | עובי | חומר |
| מ מ | |||||
| מסתיים 10 | מסתיים 10 | 0° | 1 | 0.23 | TW T300 200 גרם/m ^ 2 |
| כל 200 | כל 200 | 0° | # | 1 | אוד T1000 100 גרם/m ^ 2 |
| 125 המרכזית | 125 המרכזית | 0° | 1 | 0.23 | TW T300 200 גרם/m ^ 2 |
| 175 המרכזית | 175 המרכזית | 0° | 1 | 0.23 | TW T300 200 גרם/m ^ 2 |
| כל 200 | כל 200 | 0° | 1 | 0.23 | TW T300 200 גרם/m ^ 2 |
| 175 המרכזית | 175 המרכזית | 0° | 1 | 0.23 | TW T300 200 גרם/m ^ 2 |
| 125 המרכזית | 125 המרכזית | 0° | 1 | 0.23 | TW T300 200 גרם/m ^ 2 |
| כל 200 | כל 200 | 0° | # | 1 | אוד T1000 100 גרם/m ^ 2 |
| מסתיים 10 | מסתיים 10 | 0° | 1 | 0.23 | TW T300 200 גרם/m ^ 2 |
בטבלה 2: למינציה רצף של המעיין עלה. טבלה זו מציגה את המפרט של והופה עבור האזורים השונים של האביב העלה.
על פי המודל האנליטי, המעיין עלה צריך יש תזוזה המרבי של 12.2 מ"מ ולפתח מקסימום כיפוף הלחץ של MPa 970, קבוע בין שני תומך מרכזי.
בוצע ניתוח סופיים כפי שמתואר בשלב 2.7 של הפרוטוקול, התוצאות מדווחות באיור11. הלחץ בכיוון העיקרי 
על המשטח החיצוני של האביב עלה לאורך ציר ראשי מותווים בתרשים. זה הוא קבוע בין אורך כמעט שווה ל- 922 MPa ומקטינות, ואז, באופן ליניארי כלפי נקודת יישום עומס. למרות להיות הרבה מתחת המתח המרבי דחיסה של החומר (1,450 MPa), הקריטריון כשל Hashin תלת-ממדי ההתוויה של איור 10 מראה אזור עם מדד כשל העולה על 1, אשר נגרמת על ידי כשל סיבים (מודגשים באדום) היא עננים נים, הנגרמת על ידי משויך שינוי פתאומי של גיאומטריה עבור אוד חיצוני חורשים הפרעה של הליבה. כל זאת בזמן העקירה מחושב על ידי פמ בנקודת יישום עומס הוא 12.8 מ מ.
איור 11: כיפוף סימולציה נומרי על המודל סופיים העלים. איור זה מציג את התוצאות של הסימולציה פמ על המעיין עלה שקנה המידה שלה השתנה מבחינת Hashin כשל אינדקס והלחץ העיקרי המרבי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
על מנת לוודא את המהימנות של הדגמים אנליטית, מספריים, כפי שהוצע על ידי התהליך, באביב עלים שקנה המידה שלה השתנה יש להיבדק השפעול. התוצאות, דיווחו על הגרף של איור 12, מראה עומס מרבי לפני שבירה של 1,980 N (990 N לכל צד), עם תזוזה המרבי של מ מ נמצא 15.1. לכן, מבחינת הזחה המרבי, המודל האנליטי ומספרי אל תזלזל זה על ידי-19% ל-15%, בהתאמה. מעניין, כשל מצב ונזק המיקום מובחנים הדגימה שנבדקו (איור 11) מסכים עם התוצאות מודל נומרי.
איור 12: ארבע נקודות כיפוף הבדיקה הניסיונית על מודל שינוי קנה מידה של האביב העלה. איור זה מציג בדיקת עומס-הזחה הקמה העקומה האביב העלה שקנה המידה שלה השתנה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
קראש הבדיקה: ניתוח סופיים יכול לייצר תוצאות מציאותיות לתמוך מהנדסים בהבנת התנהגות הרכב בתרחישים שונים התרסקות. במקום פועל בתנאים אמיתיים, זה הזמן-יעילה וחסכונית יותר לדמות תאונות באמצעות תוכנות מסחריות כגון אנסיס. התוצאות הנוכחי הן דוגמה של איך סימולציות אלו יכול לתרום לקהילה הנדסת רכב.
המודל discretized סופיים של המכונית הציגו מספר אלמנטים ואת הצמתים של 79950 ו- 79822, בהתאמה. כתנאי ראשוני, ואימץ ההשפעה במהירות 60 קמ ש, שבו האנרגיה הקינטית של הרכב ירד בחודש כ 0.3 s (איור 13), להיות מומר לתוך קשר של אנרגיה פנימית בתוך מבנה המכונית.
איור 13: תרשימים אנרגיה מבחן התרסקות. לוחות אלה מראים הריסוק אנרגיה תרשימים של אנרגיה קינטית (A) ו- (B) אנרגיה פנימית. התרשימים מתארים פלקסים אנרגיה אופיינית במהלך אירוע התרסקות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
מן המפה לחץ לדוגמה באיור 14A, המצב של תקינות הרכב יכול להיות מוערך. זה חשיבות עליונה כדי לקבוע נזק אפשרי לבטיחות הנוסעים, כפי שזה יהיה במקרה של בר הכלוב פוטנציאל התיר רול, ניתוק של מושבים או אפילו תזוזה של הבר ההיגוי לכיוון הנהג. Displacements הבולטים בפרשת באיור 14 ב מורכבות בטווח 95 מ מ, להתרחש הן בחזית למכונית, בגלל ההלם, בברים כלוב מתגלגל שמצורפים המושבים.
איור 14: קווי המתאר טיפוסי של לחץ מקביל מרביות ותזוזה המרבי במהלך בדיקה תאונה חזיתית הלוחות הללו מראים מתח (A) המקבילה לעקירת (B). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Discussion
טבלה 1, זה ניתן להבחין כי laminas יחיד אינם סימטריים, אמנם כל כריך. זאת בשל הצורך שיש לפחות שני מספר עננים נים, המינימום טכנולוגי, ואת התכונות המכאניות הרצוי.
מצד אחד, המקטע מסומן כ- 1/1 ב, 2, 3 איור 7 אחראי על תכונות מכאניות בסך הכל, להיות הכיוון של רובדי חד כיווני חיזוק גבוהה-כוח ההבדל העיקרי ביניהם. בצד השני, הסעיפים שסומנו A, B, C ו- D משתנים כדי לקחת בחשבון את עומסי מרוכז של המערכות ההשעיה, של מושבי הנוסעים, בשל נוכחותם של המעיינות עלה.
המודל סופיים המשמש לניתוח של המארז ללא הפרדות צבע מבוסס על טופולוגיה מעטפת. רכיבי מעטפת הם אופציה מתאימה עבור שכפול מבנים מרוכבים, כפי שהם נוטים לתפוס את נוקשות כיפוף של גופים עם קירות דקים עם רשתות פשוטות יותר באופן משמעותי מאשר יסודות מוצקים. מצד שני, להזדקק הרצף מעטפת או רכיבים מוצק יש לקחת בחשבון בעת דגמי מבנים כריך עבה או אזורים עם מעברי צבע מתח גבוה; דיון השוואתי על רכיבי מעטפת מעטפת ושיח מסופק24,25.
המטרה העיקרית של ניתוח סטטי הוא מאמת הנוקשות והעוצמה של המבנה עומד בדרישות. דרישות נוקשות נאכפות ישירות על-ידי הבטחת כי להרכב של הרכב תחת כל מקרה טען היא בגבולות של התקנות (כלומר, לא החלק של הרכב חודר לחדר הדיירים). הערכת לכוח של המבנה מבוסס על הערכת הנזק של Hashin26 של עננים נים ללא הפרדות צבע; כלומר, הפרמטרים של Hashin חייב להיות אך ורק פחות מ 1. כמו מצבי נזק שונים לתרום הכישלון הגלובלית של הפרדות צבע למינציה, השימוש בקריטריונים נזק מצטבר (למשל, של Hashin) מומלץ; קריטריונים לחץ מרביות יכול להיות מתאים רכיבים מתכתיים.
הספרות הציעה פתרונות שונים עבור אופטימיזציה עיצוב של מעיינות עלה מרוכבים קלת משקל, אולם רובם להתחבר רק עם גלגל יחיד27,28 (אין יכולת antiroll) או רק מתאימים אינפוזיה עובש טכנולוגיה (צמצום כפול)29. העיצוב של האביב העלה שהוצגו כאן הוא מוגבל אפריורי מאת prepreg היומי תהליך, אשר אינו מאפשר פתרון כפול-צמצום עיצוב אבל מבטיח חוזק חומרים גבוהה ואמינות.
ההיבט החדשני של האביב העלה הוא שילוב פונקציונאלי של שני רכיבים באחד (המעיין, הבר antiroll), היתרון העיקרי הוא הפחתת מסה. יתר על כן, בזכות המודל האנליטי המוצע, זה אפשרי להקטין את המסה ולקבל עוד יותר את הגיאומטריה של האופטימלית מהר עבור עומס מרבי set והזחה.
לחצים מקומיים ו- out-של-המטוס אלה, אשר לא יכול להיות מוערך על ידי המודל האנליטי, מוערכות על-ידי אלמנטים סופיים, הרבדים יחיד ללא הפרדות צבע העלים הם עוצב עם אלמנטים לבנים. פתרון זה שהמפתחות כבד יותר באמצעות צדפים אבל מאפשר, בשילוב עם Hashin, כשל תלת-ממדי קריטריונים כדי לחזות delamination הנגרמת על ידי מטענים out-של-המטוס, אשר הוא היבט חשוב של העיצוב העלים. לבסוף, יש מודלים אנליטיים ומספרי עבור העיצוב של המעיין עלה מאומתים על-ידי בדיקה ניסויית על קפיץ עלה שקנה המידה שלה השתנה.
לגבי הבדיקה התרסקות, העקירה גבוהות יחסית של הכלוב רול, אמנם הוא לא מייצג עניין של דאגה, בעיקר מיוחס בפריסה של הבר הקבלה שלו. צורתו noncurved ועל הדרך חריפה שבה היא ממוקמת, עם. ללא רמאות, על זווית חדה עם כיוון ההשפעה, אחראי להעברת רוב האנרגיה כי צריך להיספג על ידי המארז לכלוב רול, אשר יש מטרה ברורה מבנית . מסיבה זו, דחף את הכלוב רול האחורי של הרכב, גורם מתח גבוהות על-פני אזורים שלו מצורף אל המושבים. חשוב לשים לב כי למרות לבטיחות כל תכונות אשר יכול להיות פוטנציאל משופר, להרכב מינימלי של monocoque ואת העובדה כי לא רכיבים שחדר/מחורר אחרים שיהיה ברור שנחשב העיצוב של הרכב בטוחה בנוגע crashworthiness שלה.
לכן, העיצוב מבנית של הרכב כולו נחשב מוטבו מבחינת בחומרים, איפה חיוני על העיצוב של monocoque ועל המעיינות עלה כי היו המותאמים להיות בחישוב מקיף הראה בפרוטוקול אור וכדי להציג הופעה מכניות משופרות. יתר על כן, באמצעות מספריים קריסה מבחן סימולציה, מבנה הרכב הוכיח כי הוא מסוגל לעמוד בהצלחה את המומנטום להסיק על ידי השפעה פרונטלי בהתחשב המהירות הממוצעת של המכונית על היעילות האנרגטית אופטימלית שלה.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
המחברים רוצה להודות לכל חברי האגודה ספורט Solare אונדה (www.ondasolare.com) על תמיכתם חיוני Lukovic מרקו שהיה ליוצר הסיירת אסתטי. פעילות מחקרית זו מומש עם התמיכה הכלכלית של האיחוד האירופי ושל האזור Emilia-Romagna בתוך POR FESR 2014-2020, ציר 1, מחקר וחדשנות.
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 |
References
- 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.
- 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).
