Summary
Bu çalışmada, plastik güneş araç monokok şasi, yaprak yay odaklanarak ayrıntılı ve bir çarpışma sırasında bir bütün olarak araç test bir tam-karbon elyaf takviyeli yapısal tasarım süreci çeşitli yönleri ile ilgili.
Abstract
Kruvazör içinde uzun menzilli rekabet için tasarlanmış çoklu işgalci güneş araçlar vardır güneş yarışları (3.000 km üzerinde) bağlı olarak enerji tüketimi ve yükü arasında en iyi uzlaşma. Yarış'ın kuralları ile ilgili genel boyutları, güneş paneli boyutu, işlevsellik ve güvenlik ve şekli, malzemeler, aktarma organları, yapısal gereksinimleri için uygun olmalıdır ve mekanik tasarımcı takdirine olarak kabul edilir. Bu çalışmada, bir tam-karbon elyaf takviyeli plastik güneş aracın yapısal tasarım sürecinin en çok ilişkili yanları ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Özellikle, şasi, yaprak yay yapısal analiz ve çarpışma testi sayısal simülasyon Emanet kafes de dahil olmak üzere araç, laminasyon dizisi tasarımı için kullanılan iletişim kuralları anlatılmaktadır. Elyaf Takviyeli Kompozit yapıların tasarım metodolojisi karmaşıklığı mekanik özellikleri terzilik ve aracın toplam ağırlığı en iyi duruma getirme imkanı tarafından telafi olduğu.
Introduction
Kara taşımacılığı için kullanılan bir güneş enerjili araç güneş bir arabadır. İlk güneş arabası 1955 yılında sunuldu: 12 selenyum fotovoltaik hücreler ve küçük elektrik motoru1oluşan bir küçük 15 inçlik modeli oldu. Bu başarılı gösteri beri büyük çabaları güneş sürdürülebilir hareketlilik fizibilite kanıtlamak için dünya çapında yapılmıştır.
Güneş araç2 tasarım ciddi enerji girişi normal koşullarda oldukça sınırlı arabaya miktarıyla sınırlıdır. Hiçbir araçları öncelikle güneş tarafından desteklenen ticari olarak mevcut olmasına rağmen bazı prototip kamu kullanımı için dizayn edilmiştir. Aslına bakarsan, Güneş araçları çok yaygın bir kullanımı özellikle maliyet, aralığı ve işlevsellik açısından geçerli sınırlarını verilen günlük yaşamda gibi görünüyor. Aynı zamanda, geçerli test cihazı, hem tasarım hem de üretim, genellikle Havacılık ve uzay, alternatif enerji gibi gelişmiş endüstriyel sektörlerde kullanılan teknoloji birleştiren düzeylerindeki yeni metodolojiler gelişimi için temsil eden ve Otomotiv. Buna ek olarak, çoğu güneş araçları güneş araba yarışları, blazoned olaylar tüm dünyada, katılımcıları ağırlıklı olarak üniversite ve araştırma her teknik sorun için en uygun çözümleri sunan araştırma merkezleri olan amacıyla inşa edilmiştir. Özellikle, (Örneğin, World Solar Challenge) en önemli yarışma organizatörleri bir strateji amaç mümkün olduğunca yakın aşırı bu araçların daha geleneksel getirmek için yarış düzenlemeler gelişimi benimseyerek taşıma anlamına gelir. Özellikle, hangi uzun yıllar sonra tek koltuklu araçlar vardı ve tasarlanmış cruiser Araçlar mümkün olduğunca çabuk, acil kategori rota seyahat etmek için yapılmış son zamanlarda tanıttı ve yolcu daha etkin taşıma için geliştirilmiştir.
Bu araçlar için teknik gereksinimleri bile daha sıkı hale gelmiştir. Aslında, sadece onlar maksimum enerji verimliliği garanti almak zorunda ama onlar da daha karmaşık mühendislik koşulları için farklı işlevleri bağlı uymanız gerekir. Örneğin, işgalcilere daha fazla sayıda taşıma olasılığı güvenlik ve drivability şartları garanti altına almak daha zor yapar. Çaba daha karmaşık genel bir kilo artış ve iç alanlarda düşürülmesi gerekir iken, bir çok daha büyük pil paketi, zor mekaniği konumlandırma yapmak eklemek için ihtiyaç nedeniyle yapılır.
Yeni bir tasarım felsefesi, farklı bir vizyon, malzeme kullanımı ve üretim de dahil olmak üzere yaklaştı gerekir. İlk olarak, en yüksek güç-ağırlık oranı üzerinde esaslı malzemeler seçilmelidir ve doğrudan bir sonucu, fiber karbon takviyeli plastikler ideal bir çözüm temsil eder. Ayrıca, belirli stratagems tasarımında uygulanması gerekir.
Bugünkü yazıda, onun monokok şasi, süspansiyon ve hatta bir hesaplama çarpışma testi gibi güneş aracın en önemli yapısal parçaların bazıları tasarlamak için kullanılan yordamlar tasvir edilmektedir. Son kapsam hızla en olası ağırlığıyla bir ticaret-off aerodinamik ve yarış kuralları ile güneş bir araç elde etmektir.
Belli ki, direnç ile ağırlık arasındaki oranı açısından en uygun malzeme için arama aracın prepregs otoklav kalıplama olan istihdam, teknoloji tarafından sınırlanır. Seçili yöntemleri açısından olanaklar sonlu bir dizi içinde kat tipoloji ve iş açısından en uygun malzeme seçimi hızlı belirlenmesi amaçtır. Aslında, aynı anda seçim bölümleri geometrik özellikleri, belirli malzeme ve uygun teknoloji kompozit malzemeler kullanarak tasarım anlamına gelir (sunulan durumda burada olduğunu, kararlı bir temanın, sık sık olur).
Birkaç ünlü uzun mesafe performans yarışmaları güneş elektrik araçları için üst sırası üniversite ve araştırma merkezleri, böyle hareket gelişimi için ana teşvik ajanlar içeren son on yıl içinde dünya çapında yapılmıştır teknoloji. Ancak, İttifak fikri mülkiyet sınırları ile bu araştırma alanında çalışan rekabet için bu konu hakkındaki bilgi difüzyon cidden sınırlayıcı bir faktördür. Bu nedenle, literatür güneş arabası tasarım hesaplarında kaç (ve bazen güncel olmayan) başvurular için bile, bu konuda dayalı tüm araştırmalar ne zaman anket için3, neden şimdiki gibi çalışmaların gerçekleştirilmesi önerilir.
Geliştirilmektedir aracın tasarım hangi yönünü bağımsız olarak, ortak bir amaç her zaman hedefleniyor: daha fazla enerji verimliliği ve kazanma. Onlar sadece mekanik (özellikle önemli olan çölde düzenlenen yarışmalar için istikrarı artırmak için aracın ağırlık merkezi düşürülmesi gibi temel alabilir gibi verimli tasarım değişiklikleri her zaman üstün teknolojileri üzerine dayalı değildir bölgeleri4 yan rüzgar nedeniyle5rüzgarlar) veya araç parçaları6ağırlığını azaltmak-hangi enerji tasarrufu7ilâ % 13,7 genel ağırlık azaltma elektrikli araçlarda yüzde 10'u sonucuna ulaşabilirse. Kapsamlı enerji yönetim stratejileri de genellikle ırk olaylar içinde en iyi performansı sağlamak için nerede maksimum hızı 130 km/h ve 800 km üzerinde son tek ücretleri heyecan verici cruiser sınıf otomobil8' elde edilebilir kullanılır.
Aracın aerodinamik5,9,10 ana yönleri kontrol edilebilir için katsayısı için bir azalma nerede sürüş sırasında hava ve pürüzsüzlük küçük direnç sağlamak önemli bir çalışmadır araba araba güvenli bir şekilde ve stabil yere, hatta daha yüksek hızları bağlı olduğu garanti altına almak için negatif tutulmalıdır Asansör katsayısı ve daha az enerji harcama süre taşımak izin verir.
Tasarlanmış olması için başka bir önemli parametresi genellikle konfor, istikrar ve güvenlik sağlayan tek amaçları ile normal araçlarda uygulanan süspansiyon sistemi ancak güneş arabalarda da ışık olmalıdır. Bu önemli yönü 199911 fiberglas yaprak yay içeren çalışmalar ve son zamanlarda, karbon fiber12 ile beri araştırdı, lades kemiği bağlantılar13oluşturmak için kullanıldığında, sadece kilo sağlamak için kanıtlamıştır azaltma aynı zamanda bir gelişmiş güvenlik faktörü. Çift Salıncaklı süspansiyonlar şüphesiz daha sık güneş araçları14' te kullanılan karbon fiber ile bunun için inşa enine bir yaprak yay azaltılmış yaylanmaz ağırlık daha basit ve daha hafif süspansiyon sistemiyle olduğunu çalışmada ödülün.
Kasa imalatı gelince, en önemli olan4,8 için bir vazgeçilmez tasarım kısıtlaması olan bir önemli performans avantajı vermek için yapılan karbon fiber monokok Yapı İnşaat kanıtlamıştır ,15 güneş arabası takım. Karbon fiber kullanımını aracın, icra etmek çok önemli yapısal bileşenler (ya da kasanın olduğu gibi aynı yapıya farklı bölümlerini) her biri en iyi bir miktar içinde katmanlı liflerinin bulunduğu araçlar oluşturmak takım izin hesaplanır yönler. Bunun için bu çalışmada, üç sayılık bükme testi ve interlaminar kesme gücü (ILSS) testi gibi deneysel testlerin özellikleri aracılığıyla değerlendirildi var malzeme standart.
İnşaat tedavi döngüsü sırasında boyutsal değişim sağlamak için genellikle vakum torbalama ve4 olan, onların sırası tam olarak çentikli yüksek yoğunluklu köpük veya alüminyum desenleri lamine karbon fiber kalıpları üzerinde kalıp otoklav ile yapılır. Sandviç yapıları (yani, lifler cilt ve bükme Direniş'e son derece düşük bir ağırlık taşıyan bileşik özniteliği için hizmet son derece hafif temel malzeme ile) tarafından parçaları çoğunluğu oluşturdu. Buna ek olarak, karbon fiber Ayrıca rezonans olayları12karşı daha yüksek titreşim güvenlik düzeylerini sunan için avantajlıdır.
Yolcu kazasında olaylarda Emanet tasdik amaçlayan, çarpışma testleri genellikle zaman alıcı ve hesapsız, deneysel ve yıkıcı testleri ile örnek araçlar içerir. Bilgisayar benzetimi crash test, nerede bu simülasyonlar farklı türde etkileri (Örneğin, tam ön, mahsup ön, yan etkisi ve rulo üzerinde) sırasında araç işgalcilere Emanet araştırmak büyük popülerlik kazanıyor bir son eğilim olduğunu . Bir yol araç ve sayısal modelleme yoluyla böylece fizibilite bir kilitlenme çözümlemesi gerçekleştirme önemi göz önüne alındığında, mevcut soruşturma güneş aracın her iki en fazla stres açısından en kritik alanların tespit hedefler ve deformasyon, bir hipotez geliştirme yapısının izin vermek için.
Bu vesile ile yürütülen güneş araçlarda sayısal çarpışma testi benzersizdir. Kaynakça araştırma ve bu yenilikçi güneş arabası yaklaşım için özel düzenlemeler eksikliği göz önüne alındığında, aracın ortalama hızı, katı bir engel üzerine etkisini dikkate alır bir uyum kabul edildi. Bunun için araç ve simülasyon (dahil olmak üzere ağ gözü Anayasa ve simülasyon Kurulum) geometri modelleme gerçekleştirdik farklı uygun yazılımı. Aracın yapısı için karbon fiber kullanımını da zaten bu cam fiber kompozitler, Elektrikli Araçlar16çarpışma testleri gibi diğer malzemelerin daha yüksek olmak kanıtlanmıştır crashworthiness davranışını haklı olduğunu.
Protocol
Not: Güneş bir araç tasarım sürecinin onları burada karşılamak mümkün değil bu yüzden çok disiplinli yönleri, ilişkili oldukça karmaşık bir görevi var. Okuyucu Kılavuzu için açıklanan protokoller katıştırıldığı mantıksal işlem Şekil 1' de gösterilmiştir.
Şekil 1: tasarım akış şeması. Tasarım süreci farklı bölümleri arasındaki etkileşimler tasvir edilmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
1. iş Ana kasa tasarımı
- En kötü durum senaryosu içinde yük dağılımı belirlemek.
- Yolcuların ve pil paketi toplu dağıtımları ana tasarım yük almak için tasarım düşey ivme ile çarpın.
- Koltuklar ve farklı olası pil mekanlar konumunu göz önünde bulundurun.
- Yaprak yay eklemleri üzerinde tepkiler hesaplayın. Aracın bir sadece desteklenen bir ışın kabul edilir.
- Bükme an ve kayma diyagramları belirlemek.
- Maksimum izin verilen kesme stres çekirdek materyali bulmak. Değerini çekirdek teknik sayfasında okumak veya uygun numuneler üzerinde deney yoluyla bulundu. Bu durumda, çekirdek plies delaminasyon stres belirlenebilir.
- Makaslama dayanımı17,18 tarihinde dayalı sandviç çekirdek kalınlığı hesaplamak (nerede
üzerinde kesme zorlamak genişliği 
uygulanır ve 
çekirdek kalınlığı).
- Kullanılabilir CFRP plies çekme ve basınç gücünü bulmak. Onların değeri plies teknik bilgiler bulunabilir.
- Deneysel sandviç ve kompozitler19bükme gücünü belirler.
- Deneysel malzeme20,21olası birleşimlerini için ILSS belirler.
- Şeklini aerodinamik gereksinimleri ve fonksiyonel ihtiyaçları arasında bir denge tasarlanmıştır araç, farklı bölümlerine göz önünde.
Not: Kasaya üç kritik bölümler vardır — en yüksek bükme an ve nerede alanının önemli ölçüde azalır tekerlek süspansiyon sistemleri varlığı nedeniyle iki ucu ile bir. Ayrıca, bu iki azaltılmış bölümde makas yaprak yay kasasına aktarılması gerekir. - İş hakkında bir varsayım olarak kabul üç bölüm ve teknolojik en az17 lifleri (0 ° [yani, boyuna], her yönde en az % 10 olduğunu dikkate alarak bölümleri, farklı bölgelerinde yapmak 90 ° [yani, enine] ve ± 45 ° [yani, çapraz]) en önemli yük oyunculuk bölümünde, belirli kısmında plies sayısı tamsayı ve kalınlığı minimumda tutulmalıdır.
- Maksimum çekme ve basınç stresleri sandviç teorisi17,18 göre hesaplamak ve bunları karşılaştırmak için izin verilen olanlar (nerede genişliği üzerinden olduğu an
uygulanır ve ve 
çekirdek ve plies kalınlığı sırasıyla) vardır.
- İş, gerekli ve adım 1.9 geri dön değiştirin.
- Bir sonlu elemanlar kabuk yazılımı Abaqus modele ve yönetmelik22tarafından reçete etkisi-eşdeğer yükler uygulayın.
- Kasanın CAD modeli Oluşturucu içinde oluşturun.
- İçe aktar ' ı tıklatarak bir kabuk veya katı parçası olarak FEM yazılım kasaya almak | Bölümü. Bunu bir iyilik alınırsa, kabuk parçası haline dönüştürmek için Geometri düzenleme aracını kullanın.
- Tek bir aracın kat özellikleri elastik malzemesi olarak Lamina veya Mühendislik sabitleritanımlar; Elastik dönmeler ve Poisson oranları malzeme seçin. Kabuk uçak davranışını analiz edilir eğer mühendislik sabitler parametreler gerekli dikkat edin. Başarısızlık önemsemeyerek bileşik kat26uygulamak için Hashin Hasar ölçütü seçin.
- Laminat yığın dizisi tanımlayarak bir Bileşik Layups bölüm oluşturun. Her kat onun yönelimi ve kalınlığı sekmeli biçimde atayın.
Not: aracın plies için sonrası kür kalınlığı dikkate gerekir. - Dağıtım bölümü Mesh tohumtarafından ayrı unsurlarının atayın. Bölüm yüz aracı ve önyargı tohum kritik yerlerde öğelerin sayısını artırmak için kullanın. Quad-egemen öğesi şekli ve Shell öğe türü seçin. İndirimli entegrasyon modeli kum saati etkileri yok denecek kadar azdır tıklarsanız; Aksi halde, nonreduced entegrasyon kullanın.
- Kasanın örneği derleme modülünde oluşturmak. Hangi yükler ve sınır koşullar geçerli olur bu.
- Analiz prosedürü adım modülünde statiktanımlayın. Çözücü ayarlarını seçin. Nlgeomseçin: üzerinde doğrusal olmayan membranal davranışını etkinleştirmek için.
- Vücut kuvvet şasisi üzerine yükler gibi düzenlemeler tarafından reçete olanlar için eşdeğerdir yükler uygulanır. Onların toplu ağırlıkları dikkate almak için yoğunlaştırılmış kuvvetleri batarya ve işgalcilere pozisyonlarda uygulamak.
- BCs örnek üzerinde uygulayın. Şasi üzerine hareket ile Pinned BC dış yükler tarafından desteklenen bir organ olarak düşünün sınırlar ' mekanlar.
- Çıkışlarını Alan çıkış istekleri modülünde tanımlayın. Seçin etki alanı: bileşik turnike çıkışlarını laminat her kat'ın konumda ayıklamak için.
- Bir iş oluşturmak ve analizler.
- Sonuçlar uyum düzenlemeler gereksinimleri22ile doğrulayın. -Dibi takdirde onlar yerine getirmek değil, adımları 1.9 ve 1.12.4 geri dönün ve laminasyon sırasını değiştirebilirsiniz.
- Bir kat-kitap yapısal Tasarımcısı bölüm bölüm yaklaşımın üretici tarafından gerekli bir kat kat yaklaşım için çeviri üretmek.
- Belirli fonksiyonel gereksinimleri sandviç kalınlığı bir azalma nereye bölümlerde özel değişiklikleri yapın.
- Bir otoklav kasaya üretmekteyiz.
- Yüksek yoğunluklu köpük desenleri hassas öğütme tarafından üretmek.
- Fine-granülometresi zımpara ile pürüzsüz bir yüzey yüzey garanti.
- Katmanlar mühürleyen uygulamak ve karbon fiber kalıp detachability sağlamak için köpük aracısında bırakın.
- Ön emdirilmiş düşük kataliz sıcaklık karbon elyaf birleştirerek kalıpları imalatı katmanları ve herbirinin vakum mühürleme çanta sıkıştırma daha fazla otoklav tedavi için.
- Üretilen kalıp yüzeyine Lehçe ve mühürleyen uygulamak ve aracıları bırakın.
- Şasi parçaları kat-kitaba göre kalıp üzerine laminat ve vakum çanta sıkıştırma ve bir otoklav tedavi için gönderir.
üzerinde kesme zorlamak genişliği 
uygulanır ve 
çekirdek kalınlığı).
uygulanır ve 
çekirdek ve plies kalınlığı sırasıyla) vardır.
2. yaprak bahar tasarımı
Şekil 2: yaprak yay diyagramların yükleniyor. Bu şekilde belirlenmesi kesme ve bükme an oyunculuk yaprak yay üzerinde gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
- Yaprak yay boyunca yük dağılımını belirlemek ( Şekil 2eğilme ve kayma diyagrama bakın).
- En kötü ihtimal araç tekerlekleri, uygulanan maksimum yük değerlendirmek (bkz. Adım 1.1).
- Tepkiler kuvvetleri hesaplamak (maksimum yük
) yaprak yay üzerinde biter, süspansiyon kolu dikkate alınarak güçlendirir. - Destekleyen ve yaprak yay onun ankraj noktaları aracın Şasi ve süspansiyon olanlar için temel noktaları yükleme tanımlayın.
- Bükme diyagramları belirlemek ve kesme, dört maddelik bükme ışını ile eşit bir maksimum yük olarak yaprak yay modelleme uçları (en kötü durum senaryosu) uygulanır.
- Maksimum deplasman değerlendirmek
yaprak yay biter süspansiyon geometrisi ve izin verilen boşluk araç çerçeve doğrultusunda. - Enerji depolamak daha yüksek belirli gerilim yeteneği ile malzeme seçin
.
Burada,
izin verilen stres 
elastik modülü, olduğunu ve 
yoğunluğudur.- Bükme gibi tutmak malzemesi olarak yorgunluk gücünü (kesme yük olduğunu bir ya da iki büyüklük daha düşük) yaprak yay baskın yük .
- Orthotropic kompozit malzemeler için asıl yönü (lif yönü) boyunca CTP gücü olarak bükme yorgunluk dikkate .
- Bükme gibi tutmak malzemesi olarak yorgunluk gücünü (kesme yük olduğunu bir ya da iki büyüklük daha düşük) yaprak yay baskın yük
- Kavramsal tasarım yaprak yay şekli ve iş belirli enerji depolamak yeteneği en üst düzeye çıkarmak için.
Not: böylece maksimum izin verilen stres durumu tüm yaprak yay oluşur yaprak yay çapraz bölüm modellenmiş.- Bükme Şekil 2diyagramda odaklan. Yamultma yük bir ya da iki büyüklük daha düşük olduğunu. Buna dayanarak, yaprak yay sektörler iki tür bölmek: iki destekler arasında (
) ve destekler ve yaprak yay uçları arasında (
). - Boyunca , bükme yük almak sabit ve ise en; Bu nedenle, aynı zamanda kesitin sabit tutmak.
- Boyunca , bükme yük uygulama noktasından doğrusal olarak destek; artırmakta Bu nedenle, kesit yüksekliğini
stres tutmak için aşağıdaki denklemi karşılamak gerekir 
tüm uzunluğu boyunca yaprak yay dış yüzeyinde sabit.
Burada,
maksimum yük uygulanması noktadan mesafe 
ve 
kesit genişliği. Formül boyunca öneriyor yayılan, yaprak yay'nın kesit yüksekliğini 
parabolik bir profille konik. Ancak, işlem pratik nedenlerden dolayı yaprak yay'nın yükseklik profili ile doğrusal bir yaklaşık.
Not: Devam fiber kesinti bileşik laminas gücünü azaltacaktır Laminasyon işlemi sırasında önlemek için sabit. - Bükme kesme yük yüksek olduğu için bir sandviç yapı kesme yükleri karşı ve burulma sertliği yaprak yay ve tek yönlü CTP yaprak yaylı'nın yönelik dış katmanları için görüşmek için 0-90 kumaş CTP doğrusal olarak konik bir çekirdek ile kullanın bükme yük kontrast için asıl eksen. Dış katman daha yüksek stresli bölgedeki geometrik süreksizliklerin önlemek için sabit bir kalınlık var.
- Bükme Şekil 2diyagramda odaklan. Yamultma yük bir ya da iki büyüklük daha düşük olduğunu. Buna dayanarak, yaprak yay sektörler iki tür bölmek: iki destekler arasında (
- Çekme dayanımı elde etmek, basınç, bükülme ve kesme gücü seçili CTP malzemelerin. Onların değer teknik bilgi sayfaları veya ASTM standartlarına (tercih edilen seçenektir) dayalı bir test yoluyla bulunabilir.
- Yaprak yay geometrik boyutları bir analitik modeli aracılığıyla en iyi duruma getirme.
Not: Kitle dayattığı kısıtlamaları için uygun en aza indirmek için objektif bir fonksiyondur; Bu nedenle, bir maksimum yük sürdürmek eşit bir saptırma ile ve stresleri malzeme izin verilen olanlar daha düşük tutmak.- Maksimum sapma şartla sınırlamak belirtilen maksimum yük için .
Burada,
yakınsama nedenleri için eklenen küçük bir değerdir. Kavramsal açıdan, bir sandviç konik bir çekirdek ile yaprak yay mi bölge. Saptırma hesaplamak 
yükleme, , Castigliano'nın yöntemi aracılığıyla.
Burada,
ve 
yaprak yay bükülme sertliği olan ve , anılan sıraya göre.
Burada,
ve 
sırasıyla, çekirdek ve dış katmanlarını elastik modül vardır
dış katman kalınlığı, ve
çekirdek kalınlığı.
- En fazla stres bükme şartla sınırlamak:
(maksimum UD yorgunluk stres bükme). Değerlendirmek 
Euler-Bernoulli teorisi aracılığıyla.
- Maksimum çekirdek ve dış tabaka kesme vurguluyor şartla sınırlamak:
(maksimum çekirdek yorgunluk kesme stres) 
(maksimum çekirdek yorgunluk kesme stres). Değerlendirmek 
ve 
Euler-Bernoulli teorisi24aracılığıyla.
- Yaprak yay kitle amaç fonksiyonu en aza indirmek için kullanın.
Not: değiştirilebilir geometrik parametreler şunlardır:
, , ve . Ankraj noktaları çerçeveye tasarım tarafından izin verildiği sürece ve aşağıdaki sınırla saygı Eğer da değişkenleri kabul edilebilir:
- Yinelenen sorunu çözmek veya optimizasyon algoritmaları aracılığıyla hangi bulunabilir çeşitli sayısal bilgi işlem yazılım programları içinde entegre.
- Maksimum sapma şartla sınırlamak
- En iyi duruma getirilmiş yaprak yay bir FE simülasyon gerçekleştirmek Ansys bileşik Pre/Post (ACP). Stres konsantrasyon değerlendirmek için hedeftir ve uçak out yükler.
- , Bir yüzey sadece dörtte birini yaprak yay CAD geometrisini yazışma destek noktası ve iş farklılıklar nedeniyle bölünmüş yüzeyi ile çizin.
- Yeni bir simülasyon proje içinde ANSYS Workbencholuşturun. ACP (Pre) (içinde belgili tanımlık alet yemek listesi) çalışma alanına sürükleyerek seçin.
- Mühendislik verileriüzerinde tıklayarak malzeme özellikleri tanımlayın. Mühendislik veri kaynaklarını seçin ve üzerlerine çift tıklatarak varsayılan malzeme özellikleri, kompozit malzemeler klasör karbon UD ve dokuma prepregs alın. Kullanılabilir malzeme veri sayfasındaki veya deneysel sonuçlarından elde edilen sonuçlarla üç asıl yöne malzeme sabitler güncelleştirin.
- Geometrisi geometrisi ve daha sonra ithalat geometrisağ tıklatarak bağlantı ile CAD tutarken alın. Özgün CAD biçiminde alın.
- Modelüzerinde çift tıklatın. Rasgele bir yüzey kalınlığı atayın. Farklı turnike bölgelerini (sağ tıklatma Model ve daha sonra Ekle) Adlı seçimi işlevini kullanarak tanımlar. Varsayılan mesh Mesh ve daha sonra Generate meshsağ tıklatarak oluşturun.
- Tezgah, içinde ACP-öncesi Kurüzerinde çift tıklatarak açın.
- Plies Özellikler Malzeme veri menüsü klasörü tanımlar. Oluşturmak kumaş kumaşüzerinde sağ tıklatarak seçin; o zaman, malzeme tanımlamak ve prepreg kalınlığıatayın. Oluşturmak alt astarlar Alt astarlar sağ tıklatarak seçin ve alt laminat yığınlama sırasını tanımlayın.
- Öğe yerel koordinatları sistemi rozet menu klasöründe Laminasyon işlemi (asıl yaprak yay eksen) asıl yönüne göre tanımlayın.
- Yerel koordinatlarıyla Yönelik seçimi ayarla menu klasöründe FEM öğelerin (daha önce 2.7.5. adımda tanımlanan) her öğeyi ayarlar için tanımlayarak şark rasgele bir başlangıç noktası ve rozet adımda ayarla 2.7.8.
- Adım 2.7 optimizasyon sürecinde elde edilen sonuçlara dayanarak turnike tanımlayın. Modelleme gruplar üzerinde sağ tıklatın ve seçin oluşturmak kat. Yönelik seçimi ayarla, malzeme katve Kat numarasıtanımlayın. Plies her yinelenen grubu için yineleyin.
Not: Laminasyon işlemi aynı yığınlama sırasını izleyin. - Tezgahiçinde statik yapısal analizinde ( araç kutusu menüsü) çalışma alanı sürükleyin. Sonra statik structural\Model üzerinde ACP (Pre) \Setup çekme ve katı bileşik veri aktarımıseçin. Statik Structural\Setupüzerinde çift tıklatın.
- Simetri uygulamak ve sınır koşulu sınırlamak. Statik yapı üzerinde sağ tıklatın ve Insert\Displacement. Kenar veya geometri yüzey seçin ve deplasman uygun bileşen yön için 0 olarak ayarlayın.
- Adım 2.7.12 aynı yordamı aşağıdaki kuvvet uygulamak.
- FEM modeli doğrusal elastik çözümüzerinde tıklatarak çözmek.
- Maksimum deplasman değerlendirmek
), çözüm üzerinde sağ tıklatıp seçerek Insert\Deformation\Directionalyaprak yay. Az yer varsa, geri adım 2.7.10 gelip dış UD plies sayısını artırmak; daha yüksek ise, o azaltmak. - ACP (mesaj) ( araç kutusuiçinde) Workbenchiçinde sürükleyin ACP (Pre) \Mode. Sonra Static\Structural çözüm ACP (Post) \Resultsüzerinde sürükleyin. ACP (Post) \Resultsüzerinde çift tıklatın.
- Tanım menüsü klasörü sağ tıklatın ve başarısızlık ölçüt Hashin 3Dolarak seçin.
- Çözümler menüsü klasörü üzerinde sağ tıklatıp Oluşturma hatası. Hashin seçin ve katı üzerinde göster.
- Başarısızlık ölçüt her zaman bir olup olmadığını kontrol edin. Yoksa, geri adım 2.7.7 gidin ve bunları gerektiği şekilde yönlendirme plies kritik olarak tanımlanan bölgede sayısını artırmak.
- Kat kitap yazmak.
- Tasarlanmış yaprak yay bir ölçekli modeli test.
- Tasarım, adım 2.7, bir 1 analitik modeli aracılığıyla/5-1/10-terazi yaprak yay, dış katmanlarını ve eğilme ve kayma arasında aynı oranına sahip olması için çekirdek kalınlığı ayarlama için stres gerçek bileşeni ve maksimum yük için benzer bir eğrilik.
- Ölçekli yaprak yay laminat.
- Bir sıradan dört maddelik bükme testi klasiği ile test edelim.
- Maksimum yük ve deplasman ve başarısızlık modu analiz.
- Deneysel test sonuçlara dayalı yaprak yay tasarım optimize edin.
- En iyi duruma getirilmiş yaprak yay üretim.
) yaprak yay üzerinde biter, süspansiyon kolu dikkate alınarak güçlendirir.
yaprak yay biter süspansiyon geometrisi ve izin verilen boşluk araç çerçeve doğrultusunda.
.
izin verilen stres 
elastik modülü, olduğunu ve 
yoğunluğudur.
) ve destekler ve yaprak yay uçları arasında (
).
stres tutmak için aşağıdaki denklemi karşılamak gerekir 
tüm uzunluğu boyunca yaprak yay dış yüzeyinde sabit.
maksimum yük uygulanması noktadan mesafe 
ve 
kesit genişliği. Formül boyunca öneriyor 
parabolik bir profille konik. Ancak, işlem pratik nedenlerden dolayı yaprak yay'nın yükseklik profili ile doğrusal bir yaklaşık.
yakınsama nedenleri için eklenen küçük bir değerdir. Kavramsal açıdan, bir sandviç konik bir çekirdek ile yaprak yay mi 
yükleme, 
ve 
yaprak yay bükülme sertliği olan 
ve 
sırasıyla, çekirdek ve dış katmanlarını elastik modül vardır
çekirdek kalınlığı.
(maksimum UD yorgunluk stres bükme). Değerlendirmek 
Euler-Bernoulli teorisi aracılığıyla.
(maksimum çekirdek yorgunluk kesme stres) 
(maksimum çekirdek yorgunluk kesme stres). Değerlendirmek 
ve 
Euler-Bernoulli teorisi24aracılığıyla.
, 
), çözüm üzerinde sağ tıklatıp seçerek Insert\Deformation\Directionalyaprak yay. Az yer varsa, geri adım 2.7.10 gelip dış UD plies sayısını artırmak; daha yüksek ise, o azaltmak.3. tam ön çarpışma testi simülasyon
Şekil 3: Kruvazör geometri. Bu rakam genel şekli ve aracın boyutları gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
- Araç (Şekil 3) geometrisini çizin.
- Oluşturun ve yeni bir bölümü proje modelleme yazılımı CAD adlandırın.
- Model sağlam parçalar, kaynakları Yükseltkullanarak farklı araç bölümü (örneğin, şasi, koltuk ve rulo kafes) arasında Revolve, Sweptve Loft tam emin olmak için başvurun. Gerektiğinde, sekme yüzey, Başvuru geometrive başvuru düzlemi çizmek için Uçak üzerinde tıklatın.
- Geometri monokok ile kapılar tamamlanana kadar adımları yineleyin 3.1.2, rulo kafes, koltuklar, pil, tekerlekler, lastikler, tekerlek Hub, süspansiyon kolları, yaprak yay, direksiyon sistemi ve katı katı bariyer (2 x 2 m).
- Bilateral simetri hesaplamalar optimize etmek ve bir yarı-araba modeli kullanmak yararlanmak. Yardımcı programlar sekmesi altında Simetri kontrol ' yi tıklatın ve Otomatik simetri Böl komutu seçin. Ardından tutulacaktır ve Split bölümütıklayarak onaylayın vücut parçası üzerinde.
- Katı cesetleri yüzeyler dönüştürmek: cesetleri kalınlığı ile ilgili yüzler seçin ve yüzeyler sekmesinde ve o zaman, yüzündeki Sil' i tıklatın.
- Farklı kaydet ' i tıklatın ve STP biçimi seçin.
- Ayarlamak ve benzetim gerçekleştirmek.
- Oluşturmak ve bir Yeni proje ANSYS Workbench sonlu elemanlar simülasyon yazılımı adı.
- Araç kutusu - analiz sistemleri projesi şematik için Açık dinamik bir pencere sürükleyin. Mühendislik verileri çift tıklayın ve gerekli özellikleri araç kutusu ağaçtan sürükleyerek ve bölüm her malzeme buna göre adlandırma 1. bu protokol, elde edilen değerler ekleme yeni malzemeleri ekleyin.
- Geometri alma geometriiçin sağ tıklatın. Gözat ' ı tıklatın ve adım 3.1.6 oluşturulan STP dosyası seçin.
- Model Model ortamı açmak için Açık dinamik altında çift tıklayın.
- Bir kez içinde Model ortamda, geometri Noktası kitle için 3-b öğeleri veya konsantre kitleler veya bileşik turnike sırasıyla tanımlamak için 2B elemanları, Katman bölüm eklemek için sağ tıklatın. Geometrialtında her bileşen için uygun malzeme ve kalınlık yüzeylerin Ayrıntı-malzemelerialtında atanmalıdır.
- Simetri - simetri bölgeeklemek için Model üzerinde sağ tıklatın. YZ simetri uçak uygun sınır koşullar vererek gelecekteki sonuçları açısından doğru geometrik simetri tanımlar.
- Doğru bağlantıkurmak için tüm otomatik bağlantıları silin ve sadece Vücut etkileşimleri, sürtünmesiz olarak tanımlanan çıkın.
- Kafes Açık yöntemi (Şekil 4) Ayrıntılar ' ın altında öğeleri midside düğümleri bırakın ve işlev boyutlandırma eğriliği Orta ile üzerinde kurmak ilgililer merkezi. En az 6 mm 30 mm için en fazla öğe boyutunu ayarlayın.
- CPU sayısı paralel Mesh bölümünde Gelişmiş sekmesi altında işlemek için ayarlayın.
- Hız Açık Dynamics sekmesini Başlangıç koşullarını ağacın altında ilk bir koşulu olarak ayarlayın.
- Açık Dynamics sekmesinde sağ tıklatıp Ekleseçerek ve malzeme çekme katı bariyer tanımlamak için Sabit destek ve buna engel olmak için Sabit Debili kısıtlama sınır koşullarını ayarlama tekerlek z ekseni üzerinde taşır.
- Bitiş saati açısından denetimleri ayarlamak Çözümlemesi ayarlarını, altında (0,3 için s) ve Döngüleri en büyük sayı (2.5 x 105), hızı ve kinetik enerji (sıfıra eşit) elde etmek için gerekli girişleri.
- Çözümaltında bu sonuçları izlemek için kinetik-toplam - iç enerji eklemek için Çözüm bilgileri üzerinde sağ tıklatın. Diğer tarafta Çözüm bilgilerialtında Çözüm çıktı Enerji Özet, Zaman aralığıve Enerji tasarrufuaçısından izlenebilir.
- Çözüm üzerinde'ü ve sonuçlarının toplam deformasyon, stres, gerginlik, toplam, iç ve kinetik enerji ve ivme açısından analiz.
Şekil 4: Mesh yarı-araç modeli uygulanan sonlu öğelerin. Bu şekilde, aracın simetri nedeniyle yarısı bitmiş modeli, discretization gösterilmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Representative Results
Ana kasasının iş: İletişim kuralının nihai sonucu kat kitap olarak da adlandırılır laminasyon sırasıdır. Yük dağılımları ve bükme moment ve kesme kuvvet diyagramları tarafından basit katı mekaniği konuları belirlenebilir, ancak, önemli bir nokta iletişim kuralının gerçek malzeme özellikleri değerlendirilmesi iken. Aslında, çoğu yapısal Tasarımcısı tarafından gereken miktarları maddi data sayfasında bulunabilir bile, üretim aşaması ve diğer malzemeler ile etkileşim ham madde mekanik yanıt değiştirebilirsiniz. Bu bölümde, üç sayılık bükme ve ILSS testler için deneysel set-up (bkz Şekil 5) gösterilir. Bu testlerden ve sandviç laminas bükme gücünü değerlendirmek için bir alt limit Nomex core yamultma gücü için bulmak için mümkündür; temsilcisi stres-deplasman eğrileri Şekil 6 ' da bir dokuma için iki farklı yönelimleri laminat gösterilir. Ayrıca, ILSS burada sandviç laminant olur delaminasyon şasi kenarları içinde direnç belirlemek için önemlidir.
Şekil 5: mekanik testler. Bu paneller(a)mekanik testler üç sayılık bükme ve (B) ILSS gösteriyor. Yükleme koşulları ve numune'nın şekli gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6: tipik üç sayılık bükme test sonucu. Bu paneller (Aiçin) [0/90]n plies ve (B) [± 45]n plies tipik bir üç nokta bükme test sonuçlarını gösterir. Gerilmeler yük hesaplanan yük hücresi tarafından ölçülür ve deplasman test makinesinde gömülü dönüştürücü ölçülür. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7' de, bölüm bölüm şasi kalıp üzerinde tanımlanmış laminasyon sıraları gösterilir. Laminasyon sıralarının ayrıntılı belirtimi Tablo 1' de listelenmiştir. Tablo yapılan üç aşamada işlem kür otoklav, sırayla en dıştaki lamina sonra Nomex çekirdek ve yapıştırıcılar ve iç lamina sonunda başlayan ayrılmıştır.
Şekil 7: tasarım sürecinin sonucu. Her alanda farklı bir iş ile karakterizedir. Sayıları ve renkleri şasi yapısı ayrılmıştır farklı bölgeleri tanımlamak, bkz: Tablo 1. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| Faz 1 | ||||
| p = 6 bar; t = 2 h; T = 135 ° C | ||||
| Devamı. | Sektör | Açı | n ° | Malzeme |
| P 1.1 | Küresel | + 45 ° | 1 | Saten T800 |
| P 1.2 (reinf) | 1 | 0° | 1 | UNI M46J |
| 2 | 90° | 1 | UNI M46J | |
| 3 | + 45 ° | 1 | UNI M46J | |
| 1B | 0° | 1 | UNI M46J | |
| P 1.3 (reinf) | D | 0° | 2 | UNI M46J |
| C | -45 ° | 1 | UNI M46J | |
| C | + 45 ° | 1 | UNI M46J | |
| A, B, C, D | -45 ° | 1 | UNI M46J | |
| A, B, C, D | + 45 ° | 1 | UNI M46J | |
| P 1.4 (reinf) | B | 0° | 2 | UNI M46J |
| A, D, C | 90° | 1 | UNI M46J | |
| A, D | 90° | 2 | UNI M46J | |
| P 1.5 (reinf) | D | 0° | 1 | Saten T800 |
| D | 90° | 3 | UNI M46J | |
| D | 0° | 1 | Saten T800 | |
| D | 0° | 3 | UNI M46J | |
| P 1.6 | Küresel | 0° | 1 | Saten T800 |
| Faz 2 | ||||
| p = 1,5 bar; t = 2 h; T = 1110 ° C | ||||
| P 2.1 | Küresel | / | 1 | Yapıştırıcı film |
| P 2.2 | 1, 2, 3 | / | 1 | Nomex 14 mm. 32Kg/m ^ 2 |
| P 2.3 | 1B, D, 0 | / | 1 | Nomex 9 mm. 32Kg/m ^ 2 |
| P 2.4 | Küresel | / | 1 | Yapıştırıcı film |
| 3. aşama | ||||
| p = 6 bar; t = 2 h; T = 135 ° C | ||||
| P 3.1 | Küresel | 0° | 1 | Saten T800 |
| P 3.2 (reinf) | D | 0° | 3 | UNI M46J |
| D | 0° | 1 | Saten T800 | |
| D | 90° | 3 | UNI M46J | |
| D | 0° | 1 | Saten T800 | |
| P 3.3 (reinf) | A, D | 90° | 2 | UNI M46J |
| A, D, C | 90° | 1 | UNI M46J | |
| B | 0° | 2 | UNI M46J | |
| P 3,4 (reinf) | A, B, C, D | + 45 ° | 1 | UNI M46J |
| A, B, C, D | -45 ° | 1 | UNI M46J | |
| C | + 45 ° | 1 | UNI M46J | |
| C | -45 ° | 1 | UNI M46J | |
| D | 0° | 2 | UNI M46J | |
| P 3.5 | 1B | 0° | UNI M46J | |
| 3 | -45 ° | 1 | UNI M46J | |
| 2 | 90° | 1 | UNI M46J | |
| 1 | 0° | 1 | UNI M46J | |
| P 3.6 | Küresel | + 45 ° | 1 | Saten T800 |
Tablo 1: kasanın dizisi laminasyon. Bu tablo için Şekil 7' de tanımlanan şasi, farklı alanlarda iş tayini gösterir. Bu sırada yapılan üç farklı laminasyon döneme ayrılmıştır.
Şasi yapısı belirlendikten sonra bir titanyum rulo kafes yarış'ın kuralları20göre eklenir ve belirli sayısal bir bütün olarak aracın direnç ve çoğunlukla, saldırı nonstructural yokluğunda doğrulamak için testler parçalar işgalcilere karşı. Şekil 8, yön etkisi-eşdeğer statik yüklerin gösterilir ve Şekil 9 ' da karşılık gelen Deplasman haritalar değerlendirilebilir. Tam geometri çarpışma testi son doğrulama için kullanılırken bu aşamada, yalnızca şematik bir geometri hesaplama için kullanılır.
Şekil 8: Crash-eşdeğer statik yük yön. Düzenlemelere göre araç yapısı statik güç resimde gösterilen yönde 6 g toplam toplu süreleri eşit tarafından yüklenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9: hesaplanan talebiyle haritası. Bu şekil Şekil 8' de tanımlanan durumlarda hesaplanan talebiyle bir örneği gösterilir. Deplasman işgalcilere yakınlığı herhangi bir bölgesinde 25 mm daha düşük olması gerekir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Yaprak yay: Protokol anti-roll özelliği olan bir bileşik enine yaprak yay optimizasyonu sonuçtur. Tasarımı farklı özel gereksinimlerini karşılamak vardır: bir stres altında maksimum yük, belirli bir sertlik ve en az bir kilo için malzeme izin verilen bir. Tüm bu gereksinimleri karşılamak için bir en iyi duruma getirme analitik modeli sunulur. Modeli sayesinde hızla en uygun geometri ve kavramsal iş elde etmek mümkündür. Modeli doğruluğunu sonlu elemanlar yöntemi ve bir 1/5-terazi yaprak yay deneysel bir testte tarafından doğrulandı. Ölçekli yaprak yay çift destekli (ki 100 mm açıklıklı) merkezinde ve 1000 N her iki tarafı için de (ki 190 mm span) delikleri karşılık gelen yüklü. En iyi duruma getirilmiş geometri ve kat-kitap yaprak yay Şekil 10 ve Tablo 2, sırasıyla bildirdi.
Şekil 10: en iyi duruma getirilmiş yaprak yay geometrisi örneği. Bu şekilde sayısal model doğrulamak için kırık için test ölçekli yaprak yay geometrisini gösterilmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| Otoklav kür | |||||
| p = 6 bar; t = 2 h; T = 135 ° C | |||||
| Devamı. | Sektör | Açı | n ° | Kalınlığı | Malzeme |
| mm | |||||
| 10 biter | 10 biter | 0° | 1 | 0,23 | TW T300 200g/m ^ 2 |
| Tüm 200 | Tüm 200 | 0° | # | 1 | UD T1000 100gm/m ^ 2 |
| Merkez 125 | Merkez 125 | 0° | 1 | 0,23 | TW T300 200g/m ^ 2 |
| Merkez 175 | Merkez 175 | 0° | 1 | 0,23 | TW T300 200g/m ^ 2 |
| Tüm 200 | Tüm 200 | 0° | 1 | 0,23 | TW T300 200g/m ^ 2 |
| Merkez 175 | Merkez 175 | 0° | 1 | 0,23 | TW T300 200g/m ^ 2 |
| Merkez 125 | Merkez 125 | 0° | 1 | 0,23 | TW T300 200g/m ^ 2 |
| Tüm 200 | Tüm 200 | 0° | # | 1 | UD T1000 100gm/m ^ 2 |
| 10 biter | 10 biter | 0° | 1 | 0,23 | TW T300 200g/m ^ 2 |
Tablo 2: yaprak yay dizisi laminasyon. Bu tablo için yaprak yay farklı alanlarda iş tayini gösterir.
Analitik modele göre yaprak yay 12.2 mm maksimum deplasman var ve stres 970 MPa, sabit iki merkezi destekler arasında bükme en geliştirmek gerekir.
İçinde adım 2.7 iletişim kuralının açıklandığı gibi sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiş ve sonuçları Şekil 11' de raporlanır. Asıl yönde stres 
asıl eksende yaprak yay dış yüzeyinde grafikte çizilir. Neredeyse span arasında sürekli ve eşit 922 MPa ve sonra doğrusal olarak yük uygulama noktası doğru azalır. Rağmen kadar malzeme (1450 MPa) en yüksek derece sıkıştırma gerilim altında olmak, 3-b Hashin hata kriteri Şekil 10 gösterir bir bölge (kırmızı renkte) fiber uyulmaması sonucu meydana gelen ve 1 aşan bir başarısızlık dizini ile çizilen geometri ani bir değişiklik için dış UD ilişkili plies, neden kesinti çekirdek kat. Bu arada, FEM tarafından yük uygulama noktada hesaplanan deplasman 12.8 mm olduğunu.
Şekil 11: sayısal simülasyon yaprak yay sonlu elemanlar modeli üzerinde bükme. Bu rakam maksimum asıl stres ve Hashin hatası dizin açısından ölçekli yaprak yay FEM simülasyon sonuçlarını gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Analitik ve sayısal modeller, yordam tarafından önerilen olarak güvenilirliğini doğrulamak için ölçekli yaprak yay deneysel olarak test edilmesi gerekiyor. Şekil 12, grafikte rapor sonuçları, 1,980 N (990 N her iki tarafı için), kırılma 15.1 mm maksimum deplasman ile önce en fazla bir yük gösterir. Bu nedenle, maksimum deplasman açısından analitik ve sayısal model hafife bu-19 tarafından -15 ve % %, anılan sıraya göre. İlginçtir, test edilmiş numune (Şekil 11) gözlenen başarısızlık modu ve hasar konumu sayısal modeli sonuçlar ile katılıyorum.
Şekil 12: dört maddelik deneysel test yaprak yay bir ölçekli modeli üzerinde bükme. Bu rakam ölçekli yaprak yay test kurulum ve yükleme-deplasman eğrisini gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Crash Test: Sonlu elemanlar analizi araç davranış farklı kaza senaryolar altında anlamakta mühendisleri desteklemek için gerçekçi sonuçlar verebilir. Yerine koşma gerçek durum, daha zamanı verimli ve düşük maliyetli araba kazaları ANSYS gibi ticari yazılım kullanarak simüle etmek için. Mevcut sonuç nasıl bu simülasyonlar Otomotiv Mühendisliği topluma katkıda bulunabilir bir örnektir.
Discretized sonlu elemanlar model arabanın unsurları bir dizi ve düğümleri 79950 ve 79822, sırasıyla sundu. İlk bir koşulu olarak, bu nerede araç kinetik enerji azalmış bir 60 km/h etkisi hızı kabul yaklaşık 0.3 kişi ve iç enerji araba yapısı içinde içine dönüştürülen s (Şekil 13).
Şekil 13: Crash test enerji grafikler. Bu paneller çarpışma testi(a)kinetik enerji ve (B) iç enerji enerji grafiği gösterir. Grafikler tipik enerji Cerayanlar kazasında olay sırasında tasvir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 14Aörnek stres haritadan araç bütünlük durumunu tespit edilebilir. Bir potansiyel olarak gevşetti rulo kafes bar, dekolmanı koltuk veya sürücü doğru direksiyon bar bile bir deplasman durumunda olacak gibi zarar yolcuların güvenliği belirlemek için büyük önem bu. Şekil 14B gösterildiği durumda en önemli talebiyle 95 mm aralığı içinde oluşur ve hem araba, şok nedeniyle ve koltuk için bağlı olan rulo kafes barlarda önünde ortaya çikmaktadir.
Şekil 14: en fazla eşdeğer stres ve ön çarpışma testi sırasında maksimum deplasman tipik kontür Bu paneller (A) eşdeğer stres ve (B) deplasman göster. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Discussion
Tablo 1' den, Bütün sandviç ise tek laminas simetrik, olmadığını fark edilmektedir. Her iki en az olması gerekliliği nedeniyle bu sayı plies, teknolojik en az ve istenilen mekanik özellikleri.
Bir yanda, Bölüm işaretlenmiş 1/1b, 2, 3 Şekil 7 ' de genel olarak mekanik özellikleri, yüksek mukavemetli takviye tek yönlü kat yönünü onları arasındaki temel fark olmak sorumlu. A, B, C ve D süspansiyon sistemleri ve yaprak yay varlığı nedeniyle yolcuların koltuk konsantre yükleri hesaba katmanız için değiştirilmiş olarak diğer tarafta bölümleri işaretledim.
Kompozit kasa çözümlemesi için kullanılan sonlu elemanlar modeli bir kabuk topolojisini temel alır. Onlar ince duvarlı organları sağlam öğeleri daha önemli ölçüde daha basit kafes ile bükme sertliği yakalama eğilimi olarak kabuk kompozit yapılar, çoğaltılması için uygun bir seçenek öğelerdir. Öte yandan, sürekli kabuk veya katı öğelerine başvurmadan kalınlığında sandviç yapıları veya bölgelerde dik stres degradelerle modelleme zaman dikkate alınmalıdır; kabuk ve süreklilik kabuk öğeleri üzerinde karşılaştırmalı bir tartışma24,25sağlanır.
Statik analiz temel amacı sertlik ve güç yapısının gereksinimlerini karşıladığını denetliyor. Sertlik gerekleri doğrudan aracın her yük durumu altında deformasyon düzenlemeler sınırlar içinde olduğunu sağlayarak (yani, bulaşmak araç nüfuz işgalcilere oda). Yapının gücü değerlendirilmesi Hashin'ın hasar26 bileşik plies değerlendirmek dayanır; Yani, Hashin'ın parametreleri kesinlikle az 1 olmalıdır. Farklı zararlı modları bileşik Genel başarısızlık için katkıda bulunmak gibi laminant, birikimli hasar ölçüt kullanımı (Örneğin, Hashin'ın) tavsiye edilir; en fazla stres ölçüt metalik bileşenleri için uygun olabilir.
Edebiyat hafif bileşik yaprak yay tasarım optimizasyonu için çeşitli çözümler önerdi, ama bunların çoğu sadece bir tek tekerlek27,28 (hiçbir antiroll yeteneği) bağlanmak veya yalnızca infüzyon kalıp için uygundur teknoloji29(çift konik). Burada sunulan yaprak yay kısıtlanmış bir priori bir çift konik tasarım çözümü izin vermez ancak yüksek malzeme dayanıklılık ve güvenilirlik garanti süreci, laminasyon prepreg tarafından tasarımıdır.
Yaprak yay yenilikçi yönünü (Bahar ve antiroll bar) birinde iki bileşeni fonksiyonel entegrasyonu ve ana avantajı kitle azaltma. Ayrıca, önerilen analitik modeli sayesinde daha fazla kitle azaltmak ve hızlı set maksimum yük ve öteleme için en uygun geometri almak mümkündür.
Yerel gerilmeler ve uçak out olanlar, analitik modeli tarafından takdir edemez, sonlu elemanlar yöntemi tarafından değerlendirilir ve yaprak yay bileşik tek kat tuğla elemanları ile modellenmiştir. Bu çözüm hesaplama açısından mermileri kullanarak daha ağırdır ama, Hashin ile birlikte delaminasyon tahmin etmek için 3-b hatası ölçüt tarafından uçak yükler, yaprak bahar tasarımı önemli bir özelliği olan neden izin verir. Son olarak, yaprak bahar tasarımı için analitik ve sayısal modeller ölçekli bir yaprak yay deneysel bir testte tarafından doğrulanmış.
Çarpışma testi ile ilgili endişe, birkaç temsil etmiyor olsa da rulo kafes nispeten yüksek yerinden onun ön bar düzenine esas olarak atfedilir. Noncurved şeklini ve o, hiçbir eğrileri ile darbe yönü ile keskin bir açı yerleştirildiği akut yol için ayrı bir yapısal hedefi vardır rulo kafes şasi tarafından absorbe enerji çoğunu aktarmak için sorumlu . Bu nedenle, onun ek bölgeler koltuk üzerinde yükseltilmiş bir strese neden aracın arka için rulo kafes itti. Rağmen herhangi bir güvenliği potansiyel üzerine geliştirilmiş özellikleri, en az deformasyon monokok ve gerçeği hiçbir bileşen nüfuz/diğerleri delikli olduğunu açıkça bu aracın tasarımını kabul edilir yapmak, fark önemlidir Onun crashworthiness ile ilgili olarak güvenli.
Bu nedenle, bir bütün olarak aracın yapısal tasarım iletişim kuralında gösterdi geniş hesaplama için uyarlanmış yaprak yay ve bir monokok tasarımı için temel nerede malzeme kullanımı açısından optimize edilmiş kabul edilir ışık ve gelişmiş bir mekanik performans sunmak için. Ayrıca, sayısal bir çarpışma simülasyon test, araç yapısı en uygun enerjik verimlilik üzerinde aracın ortalama hızı dikkate alınarak bir tam-ön etkisi tarafından değişkenden ivme başarıyla dayanabilecek gösterdi.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar, onların gerekli destek ve kruvazör estetik Tasarımcısı olan Marko Lukovic için Onda Solare spor Derneği (www.ondasolare.com) tüm üyeleri teşekkür etmek istiyorum. Bu araştırma etkinliği Avrupa Birliği'nin ve POR-FESR 2014 2020, eksen 1, araştırma ve yenilik içinde Emilia-Romagna bölgesinin mali desteği ile gerçekleşmiştir.
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).
