Name: Projekt konstrukcyjny i produkcja pojazdu solarnego klasy cruiser (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 57 s
Description: Poznaj metodologię projektowania pojazdu solarnego klasy cruiser z włókna węglowego. Wykorzystaj modelowanie elementów skończonych i symulacje testów zderzeniowych w ANSYS Workbench do optymalizacji konstrukcji.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy pragną podziękować wszystkim członkom Stowarzyszenia Sportowego Onda Solare (www.ondasolare.com) za ich niezbędne wsparcie oraz Marko Lukoviciowi, który był projektantem estetyki krążownika. To działanie badawcze zostało zrealizowane przy wsparciu finansowym Unii Europejskiej i Regionu Emilia-Romania w ramach POR-FESR 2014-2020, Oś 1, Badania i innowacje.

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Z tabeli 1 można zauważyć, że pojedyncze blaszki nie są symetryczne, podczas gdy cała kanapka jest. Wynika to z konieczności posiadania zarówno jak najmniejszej liczby warstw, minimum technologicznego, jak i pożądanych właściwości mechanicznych.
Z jednej strony przekrój oznaczony jako 1/1b, 2, 3 na rysunku 7 odpowiada za ogólne właściwości mechaniczne, przy czym główną różnicą między nimi jest orientacja jednokierunkowej warstwy zbrojenia o wysokiej wytrzymałości. Z drugiej strony sekcje oznaczone jako A, B, C i D są modyfikowane w celu uwzględnienia obciążeń skoncentrowanych układów zawieszenia i siedzeń pasażerów, ze względu na obecność resorów piórowych.
Model elementów skończonych używany do analizy podwozia kompozytowego opiera się na topologii powłoki. Elementy skorupowe są odpowiednią opcją do odtwarzania struktur kompozytowych, ponieważ mają tendencję do uchwycenia sztywności na zginanie obiektów cienkościennych przy użyciu znacznie prostszych siatek niż elementy bryłowe. Z drugiej strony, przy modelowaniu grubych konstrukcji warstwowych lub obszarów o stromych gradientach naprężeń należy rozważyć zastosowanie kontinuum powłokowych lub bryłowych; Omówiono porównawcze elementy powłoki i kontinuum24,25.
Głównym celem analizy statycznej jest sprawdzenie, czy sztywność i wytrzymałość konstrukcji spełniają wymagania. Wymagania dotyczące sztywności są egzekwowane bezpośrednio poprzez zapewnienie, że odkształcenie pojazdu pod każdym przypadkiem obciążenia mieści się w granicach przepisów (tj. żadna część pojazdu nie przenika przez pomieszczenie pasażerów). Ocena wytrzymałości konstrukcji opiera się na ocenie uszkodzeń Hashina26 warstw kompozytu; mianowicie, parametry Hashina muszą być ściśle mniejsze niż 1. Ze względu na to, że różne rodzaje uszkodzeń przyczyniają się do globalnego uszkodzenia laminatu kompozytowego, zaleca się stosowanie kryteriów łącznego uszkodzenia (np. Kryteria Hajina); Kryteria maksymalnego naprężenia mogą być odpowiednie dla elementów metalowych.
W literaturze zaproponowano różne rozwiązania w zakresie optymalizacji konstrukcji lekkich kompozytowych resorów piórowych, ale większość z nich łączy tylko jedno koło27,28 (brak możliwości zabezpieczenia przed przechylaniem) lub nadaje się tylko do technologii form infuzyjnych (podwójnie stożkowych)29. Konstrukcja prezentowanej tutaj sprężyny piórowej jest a priori ograniczona przez proces laminowania prepregu, który nie pozwala na rozwiązanie konstrukcyjne z podwójnym stożkiem, ale gwarantuje wysoką wytrzymałość materiału i niezawodność.
Innowacyjnym aspektem resoru piórowego jest funkcjonalna integracja dwóch elementów w jednym (sprężyny i stabilizatora), a główną zaletą jest redukcja masy. Co więcej, dzięki proponowanemu modelowi analitycznemu możliwe jest dalsze zmniejszenie masy i szybkie uzyskanie optymalnej geometrii dla zadanego maksymalnego obciążenia i przemieszczenia.
Naprężenia lokalne i pozapłaskie, które nie mogą być docenione przez model analityczny, są oceniane metodą elementów skończonych, a pojedyncze warstwy kompozytu resorów piórowych są modelowane za pomocą elementów ceglanych. To rozwiązanie jest obliczeniowo cięższe niż przy użyciu powłok, ale pozwala, w połączeniu z Hashinem, na trójwymiarowe kryteria uszkodzenia przewidywać rozwarstwienie spowodowane obciążeniami poza płaszczyzną, co jest krytycznym aspektem konstrukcji resorów piórowych. Wreszcie, modele analityczne i numeryczne do projektowania resoru piórowego zostały zweryfikowane w drodze testu eksperymentalnego na skalowanym resorze piórowym.
Jeśli chodzi o test zderzeniowy, stosunkowo duże przemieszczenie klatki bezpieczeństwa, choć nie stanowi powodu do niepokoju, przypisuje się głównie układowi jej przedniego pręta. Jego niezakrzywiony kształt i ostry sposób, w jaki jest umieszczony, bez krzywizn i pod ostrym kątem w stosunku do kierunku uderzenia, są odpowiedzialne za przeniesienie większości energii, która powinna być pochłonięta przez podwozie, do klatki bezpieczeństwa, która ma wyraźny cel konstrukcyjny. Z tego powodu klatka bezpieczeństwa jest przesuwana do tyłu pojazdu, co powoduje zwiększone obciążenie jej obszarów mocowania do siedzeń. Należy zauważyć, że pomimo wszelkich elementów bezpieczeństwa, które można potencjalnie poprawić, minimalne odkształcenia monocoque oraz fakt, że żadne elementy nie zostały przebite/perforowane przez inne, jasno wskazują, że konstrukcja pojazdu jest uważana za bezpieczną pod względem jego odporności zderzeniowej.
W związku z tym uważa się, że projekt konstrukcyjny pojazdu jako całości został zoptymalizowany pod względem zużycia materiałów, przy czym obszerne obliczenia przedstawione w protokole są niezbędne do zaprojektowania monocoque i resorów piórowych, które zostały dostosowane tak, aby były lekkie i zapewniały lepsze osiągi mechaniczne. Co więcej, dzięki numerycznej symulacji testów zderzeniowych konstrukcja pojazdu wykazała, że jest w stanie skutecznie wytrzymać pęd wynikający z pełnego zderzenia czołowego, biorąc pod uwagę średnią prędkość samochodu i jego optymalną wydajność energetyczną.

Samochód zasilany energią słoneczną to pojazd zasilany energią słoneczną używany do transportu lądowego. Pierwszy samochód zasilany energią słoneczną został zaprezentowany w 1955 roku: był to malutki 15-calowy model, składający się z 12 selenowych ogniw fotowoltaicznych i małego silnika elektrycznego1. Od czasu tej udanej demonstracji na całym świecie podjęto wiele wysiłków, aby udowodnić wykonalność mobilności zrównoważonej energią słoneczną.
Konstrukcja pojazdu solarnego2 jest poważnie ograniczona przez ilość energii wprowadzanej do samochodu, która jest dość ograniczona w normalnych warunkach. Niektóre prototypy zostały zaprojektowane do użytku publicznego, chociaż żadne samochody napędzane głównie energią słoneczną nie są dostępne na rynku. W rzeczywistości samochody zasilane energią słoneczną wydają się dalekie od powszechnego zastosowania w życiu codziennym, biorąc pod uwagę ich obecne ograniczenia, zwłaszcza pod względem kosztów, zasięgu i funkcjonalności. Jednocześnie stanowią one ważne stanowisko testowe dla rozwoju nowych metodologii, zarówno na poziomie projektowania, jak i produkcji, łącząc technologię zwykle stosowaną w zaawansowanych sektorach przemysłu, takich jak lotnictwo i kosmonautyka, energia alternatywna i motoryzacja. Ponadto większość samochodów zasilanych energią słoneczną została zbudowana na potrzeby wyścigów samochodów solarnych, imprez transmitowanych na całym świecie, których uczestnikami są głównie uniwersytety i ośrodki badawcze, które szczycą się badaniami nad optymalnymi rozwiązaniami dla każdego problemu technicznego. W szczególności organizatorzy najważniejszych zawodów (np. World Solar Challenge) przyjęli strategię rozwoju regulaminów zawodów, która ma na celu jak największe zbliżenie tych ekstremalnych pojazdów do bardziej tradycyjnych środków transportu. W szczególności, po wielu latach, w których pojazdy były jednomiejscowe i zaprojektowane do jak najszybszego pokonywania trasy, niedawno wprowadzono nową kategorię pojazdów typu cruiser, które zostały opracowane z myślą o efektywnym transporcie większej liczby pasażerów.
Dla tych pojazdów, wymagania techniczne stały się jeszcze bardziej rygorystyczne. W rzeczywistości muszą one nie tylko gwarantować maksymalną efektywność energetyczną, ale muszą również spełniać bardziej złożone warunki inżynieryjne związane z różnymi funkcjami. Na przykład możliwość przewożenia większej liczby pasażerów utrudnia zagwarantowanie warunków bezpieczeństwa i właściwości jezdnych. Przedsięwzięcie jest bardziej skomplikowane ze względu na ogólny wzrost masy i konieczność włożenia znacznie większego zestawu akumulatorów, podczas gdy przestrzenie wewnętrzne muszą zostać zmniejszone, co utrudnia ustawienie mechaniki.
Należy podejść do nowej filozofii projektowania, w tym do innej wizji wykorzystania materiałów i produkcji. Po pierwsze, materiały muszą być wybierane w oparciu o najwyższy stosunek wytrzymałości do masy, a w konsekwencji tworzywa sztuczne z włókna węglowego stanowią optymalne rozwiązanie. Ponadto należy wdrożyć określone strategie w projekcie.
W tym artykule przedstawione są procedury stosowane do projektowania niektórych z najważniejszych elementów konstrukcyjnych pojazdu solarnego, takich jak jego monocoque podwozie, zawieszenie, a nawet obliczeniowy test zderzeniowy. Ostatnim celem jest szybkie uzyskanie pojazdu zasilanego energią słoneczną o jak najmniejszej masie, w kompromisie z aerodynamiką i zasadami wyścigu.
Oczywiście, poszukiwanie optymalnego materiału pod względem stosunku wytrzymałości do wagi jest ograniczone przez zastosowaną technologię, którą jest autoklawe formowanie prepregów z CFRP. Celem wybranych metod jest szybkie określenie optymalnego wyboru materiału pod względem typologii warstw w skończonym zakresie możliwości oraz pod względem ułożenia. W rzeczywistości projektowanie z wykorzystaniem materiałów kompozytowych wiąże się z jednoczesnym wyborem właściwości geometrycznych przekrojów, konkretnego materiału i odpowiedniej technologii (która, w przedstawionym tu przypadku, została określona a priori, jak to często bywa).
W ostatnich dziesięcioleciach na całym świecie odbyło się kilka renomowanych długodystansowych konkursów wydajności pojazdów elektrycznych wykorzystujących energię słoneczną, w których uczestniczyły czołowe uniwersytety i ośrodki badawcze, które są głównymi czynnikami promującymi rozwój takich technologii mobilności. Jednak konkurencyjność, która działa w tej dziedzinie badań w sojuszu z granicami własności intelektualnej, jest poważnym czynnikiem ograniczającym dyfuzję wiedzy w tej dziedzinie. Z tego powodu przegląd literatury na temat projektowania samochodów zasilanych energią słoneczną zawiera niewiele (a czasem nieaktualne) odniesień, nawet jeśli całe badania opierają się na tej ankiecie3, dlatego zachęca się do realizacji prac takich jak obecne.
Niezależnie od tego, który aspekt konstrukcji pojazdu jest ulepszany, zawsze dąży się do wspólnego celu: osiągnięcia większej efektywności energetycznej. Produktywne zmiany w projektowaniu nie zawsze opierają się na najnowocześniejszych technologiach, ponieważ mogą być oparte jedynie na mechanice, takiej jak obniżenie środka ciężkości pojazdu w celu zwiększenia jego stabilności (co jest szczególnie ważne w przypadku zawodów odbywających się w regionach pustynnych4 z powodu bocznych podmuchów wiatru5) lub zmniejszenie masy części pojazdu6-z czego 10% zmniejszenie całkowitej masy pojazdów elektrycznych może oznaczać do 13,7% oszczędności energii7. Dokładne strategie zarządzania energią są również powszechnie stosowane w wyścigach w celu zapewnienia najlepszych możliwych osiągów, gdzie ekscytujące prędkości maksymalne 130 km/h i pojedyncze ładowania, które wystarczają na ponad 800 km, można uzyskać w samochodach klasy cruiser8.
Badanie aerodynamiki pojazdu5,9,10 jest ważne, aby zapewnić niewielki opór powietrza i płynność podczas jazdy, gdzie głównymi aspektami, które należy kontrolować, są zmniejszenie współczynnika oporu, aby umożliwić samochodowi poruszanie się przy mniejszym zużyciu energii, oraz współczynnik nośności, który musi być utrzymywany na ujemnym poziomie, aby zagwarantować, że samochód jest bezpiecznie i stabilnie przymocowany do ziemi, nawet przy większych prędkościach.
Innym ważnym parametrem do zaprojektowania jest system zawieszenia, który jest zazwyczaj stosowany w zwykłych pojazdach wyłącznie w celu zapewnienia komfortu, stabilności i bezpieczeństwa, ale w samochodach solarnych musi być również lekki. Ten ważny aspekt jest badany od 1999 roku11 w badaniach dotyczących resorów piórowych z włókna szklanego, a ostatnio z włókna węglowego12, które, gdy są używane do tworzenia łączników wahaczy13, udowodniły, że zapewniają nie tylko redukcję masy, ale także zwiększony współczynnik bezpieczeństwa. Chociaż zawieszenia z podwójnymi wahaczami są niewątpliwie częściej stosowane w samochodach solarnych14, obecne badanie rozważa poprzeczny resor piórowy zbudowany z włókna węglowego, ponieważ jest to prostszy i lżejszy system zawieszenia o zmniejszonej masie nieresorowanej.
Jeśli chodzi o produkcję podwozia, okazało się, że konstrukcja monocoque wykonana z włókna węglowego zapewnia znaczną przewagę w zakresie wydajności, stanowiąc nieodzowne ograniczenie projektowe dla najbardziej znanych istniejących4,8,15 zespoły samochodów zasilanych energią słoneczną. Wykorzystanie włókna węglowego ma kluczowe znaczenie dla wykonania pojazdu, umożliwiając zespołom budowanie pojazdów, w których każdy z elementów konstrukcyjnych (lub różnych części tej samej konstrukcji, jak w podwoziu) ma optymalną ilość włókien ułożonych warstwowo w obliczonych orientacjach. W tym celu w tej pracy właściwości materiału zostały ocenione za pomocą standaryzowanych testów eksperymentalnych, takich jak test zginania trzypunktowego i test wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe (ILSS).
Aby zapewnić stabilność wymiarową podczas cyklu utwardzania, konstrukcja jest zazwyczaj wykonywana za pomocą pakowania próżniowego i formowania w autoklawie4 na formach z włókna węglowego, które z kolei są laminowane na precyzyjnie frezowanych wzorach z pianki o dużej gęstości lub aluminium. Większość części składa się ze struktur warstwowych (tj. z włóknami na skórze i niezwykle lekkimi materiałami rdzeniowymi, które służą do przypisywania odporności na zginanie kompozytowi o wyjątkowo niskiej wadze). Ponadto włókno węglowe jest również korzystne dla zapewnienia wyższych poziomów bezpieczeństwa wibracyjnego przed zjawiskami rezonansowymi12.
Mając na celu poświadczenie bezpieczeństwa pasażerów w przypadku zderzenia, testy zderzeniowe zazwyczaj obejmują czasochłonne i nieekonomiczne, eksperymentalne i niszczące testy na próbkach pojazdów. Jednym z najnowszych trendów, który zyskuje ogromną popularność, są symulowane komputerowo testy zderzeniowe, w ramach których symulacje te badają bezpieczeństwo pasażerów samochodu podczas różnego rodzaju zderzeń (np. pełne uderzenie czołowe, zderzenie czołowe z przesunięciem, zderzenie boczne i dachowanie). Biorąc pod uwagę znaczenie przeprowadzenia analizy zderzeń z pojazdem drogowym oraz możliwość przeprowadzenia jej za pomocą modelowania numerycznego, niniejsze badanie ma na celu zidentyfikowanie najbardziej krytycznych obszarów pojazdu solarnego, zarówno pod względem maksymalnego naprężenia, jak i odkształcenia, aby umożliwić postawienie hipotezy o poprawie konstrukcji.
Numeryczny test zderzeniowy na pojazdach solarnych, który przeprowadzamy tutaj, jest bezprecedensowy. Biorąc pod uwagę brak bibliografii na temat badań i konkretnych przepisów dotyczących tego innowacyjnego podejścia do samochodów zasilanych energią słoneczną, założono adaptację, która uwzględnia wpływ pojazdu na sztywną przeszkodę przy jego średniej prędkości. W tym celu modelowanie geometrii pojazdu i symulacja (w tym budowa siatki i konfiguracja symulacji) zostały przeprowadzone na różnych odpowiednich programach. Zastosowanie włókna węglowego do budowy pojazdu jest również uzasadnione jego odpornością zderzeniową, która już wykazała wyższą niż w przypadku innych materiałów, takich jak kompozyty z włókna szklanego, w testach zderzeniowych pojazdów elektrycznych16.

<table><tbody><tr><td>CFRP Twill T300 200g/m^2</td><td>Impregantex</td><td>GG 204T2 IMP 503Z 46%</td><td></td></tr><tr><td>CFRP UD STS 150g/m^2</td><td>DeltaPreg</td><td>STS-150 - DT150 - 36%</td><td></td></tr><tr><td>CFRP UD M46J 150g/m^2</td><td>Cytec</td><td>MTM49-3 M46J (12K) 36%</td><td></td></tr><tr><td>CFRP UDT1000 150</td><td>Cytec</td><td>X01 - 36% T1000 (12K)</td><td></td></tr><tr><td>Plaster miodu</td><td>DuPont</td><td>Nomex 9-14 mm</td><td></td></tr><tr><td>Uniwersalna maszyna wytrzymałościowa (UTM)</td><td>Instron</td><td>Instron 8033 250 kN</td><td></td></tr><tr><td>MES</td><td>Ansys</td><td>Ansys 18</td><td></td></tr><tr><td>Obliczenia numeryczne Enviroment</td><td></td><td>Matworks Matlab R2018a</td><td></td></tr></tbody></table>

projekt konstrukcyjny i produkcja pojazdu solarnego klasy cruiser

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

Cruisery to wieloosobowe pojazdy solarne, które zostały zaprojektowane do rywalizacji w długodystansowych (ponad 3,000 km) wyścigach solarnych opartych na najlepszym kompromisie między zużyciem energii a ładownością. Muszą być zgodne z zasadami wyścigu dotyczącymi ogólnych wymiarów, rozmiaru panelu słonecznego, funkcjonalności oraz wymagań dotyczących bezpieczeństwa i konstrukcji, podczas gdy kształt, materiały, układ napędowy i mechanika są brane pod uwagę według uznania projektanta. W niniejszej pracy szczegółowo omówiono najistotniejsze aspekty procesu projektowania konstrukcyjnego pojazdu solarnego z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym. W szczególności opisano protokoły stosowane do projektowania sekwencji laminowania podwozia, analizy strukturalnej resorów piórowych oraz symulacji numerycznej pojazdu w ramach testów zderzeniowych, w tym klatki bezpieczeństwa. Złożoność metodologii projektowania konstrukcji kompozytowych wzmocnionych włóknami kompensuje możliwość dostosowania ich charakterystyk mechanicznych i optymalizacji całkowitej masy samochodu.

W tej pracy szczegółowo omówiono kilka aspektów związanych z procesem projektowania konstrukcji pojazdu solarnego z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym, skupiając się na podwoziu typu monocoque, resorach piórowych i pojeździe jako całości podczas testu zderzeniowego.

Projekt konstrukcyjny i produkcja pojazdu solarnego klasy cruiser

Cruisers are multi-occupant solar vehicles that are conceived to compete in long-range (over 3,000 km) solar races based on the best compromise between ...

Krążowniki to wieloosobowe pojazdy solarne, przeznaczone do rywalizacji w wyścigach solarnych dalekiego zasięgu, które opierają się na najlepszym kompromisie między zużyciem energii a ładownością. Muszą one być zgodne z zasadami wyścigu dotyczącymi ogólnych wymiarów, bezpieczeństwa i wymagań mechanicznych, podczas gdy inne aspekty, takie jak kształt, materiały, układ napędowy i mechanika, mogą być określone przez projektantów. W tej pracy szczegółowo opisujemy niektóre z najistotniejszych aspektów procesu projektowania konstrukcyjnego pojazdu solarnego z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym.Przedstawiono protokół wykorzystany do zaprojektowania sekwencji laminowania podwozia, analizy strukturalnej resorów piórowych oraz do symulacji testów zderzeniowych pojazdu. Złożoność metodologii projektowania konstrukcji kompozytowych wzmocnionych włóknami kompensuje możliwość dostosowania ich charakterystyk mechanicznych i optymalizacji całkowitej masy samochodu. Po opracowaniu proponowanego projektu podwozia należy utworzyć model powłoki elementów skończonych.Zaimportuj projekt podwozia do oprogramowania do modelowania metodą elementów skończonych. W obszarze Materiały wybierz typ włókna, aby zdefiniować właściwości polimeru wzmocnionego pojedynczym włóknem węglowym. Wybierz zachowanie Elastyczne.Następnie sprawdź, czy stałe inżynieryjne są odpowiednie. Następnie wyświetl parametry Hashin Damage. Upewnij się, że mają żądane wartości.Zamknij ustawianie właściwości materiału. Przejdź do tworzenia sekcji Lay-upy złożone. W tym przypadku każda warstwa polimeru wzmocnionego włóknem węglowym jest zdefiniowana przez kolejność w kolejności, materiale, grubości i kącie obrotu.Kolejnym krokiem jest wybranie opcji Siatka, aby przypisać rozkład elementów dyskretnych. Sprawdź parametry ziarna siatki globalnej. Ponownie w obszarze Siatka wybierz opcję Typ elementu.Następnie wybierz element modelu. Użyj typu elementu skorupy. Wybierz kształt elementu zdominowanego przez quady.Jeśli efekty klepsydry są znikome, wybierz opcję Zmniejszona integracja. Kontynuuj przypisywanie elementów siatki. Gdy wszystko będzie gotowe do wygenerowania siatki, wróć do opcji Siatka i wybierz opcję potwierdź część, czyli OK, aby utworzyć siatkę części.Po zakończeniu tworzenia siatki, w obszarze Złożenie, utwórz wystąpienie podwozia, do którego zostaną zastosowane obciążenia i warunki brzegowe. Przejdź do folderu Kroki. W tym miejscu wybierz procedurę analizy.Upewnij się, że procedura jest zdefiniowana jako statyczna. Sprawdź również, czy zachowanie geometrii nieliniowej jest wyłączone. Teraz przejdź do Ładunków, aby rozpocząć stosowanie zalecanych obciążeń.W polu Siła ciała wprowadź składowe i rozkład dla grawitacji lub stałego przyspieszenia. Kierunek siły jest pokazany w oknie z modelem. Następnie zidentyfikuj skoncentrowane siły, takie jak te spowodowane przez pasażerów.Sprawdź, czy są one zastosowane we właściwych pozycjach na ramie. Wykonaj te same kroki dla sił skoncentrowanych spowodowanych przez akumulatory samochodowe. Po ustawieniu obciążeń należy zastosować warunki brzegowe.Rozważ podwozie jako podparty obiekt, na który działają obciążenia zewnętrzne, i zidentyfikuj lokalizacje wiązań. Użyj przegubowych warunków brzegowych. Aby zdefiniować dane wyjściowe, przejdź do pozycji Żądania danych wyjściowych pól.Dokonaj żądanego wyboru. Sprawdź, czy domena to Układ złożony. Następnie, w obszarze Naprężenia, sprawdź, czy zmienne wyjściowe są składowymi naprężeń i niezmiennikami.Sprawdź również w sekcji Awaria/Złamanie. W tym miejscu należy wybrać dane wyjściowe Hashin. Kliknij przycisk OK, gdy wszystko jest w porządku.W obszarze Analiza rozpocznij konfigurowanie zadania. Nazwij zadanie i zdefiniuj źródło modelu. Po kliknięciu przycisku Kontynuuj w razie potrzeby dostosuj ustawienia środowiska komputerowego.Wybierz, aby przeprowadzić pełną analizę. Po zakończeniu wprowadź zmiany w oknie. Kliknij prawym przyciskiem myszy utworzone zadanie, a następnie wybierz polecenie Prześlij, aby je uruchomić.Dane wyjściowe służą do tworzenia książki warstw dla producenta. Konstrukcja zawiera poprzeczną sprężynę piórową z włókna węglowego, która zapewnia prosty i lekki system zawieszenia o zmniejszonej masie nieresorowanej. Konstrukcja resoru piórowego musi być oceniana jako część całego procesu.Symuluj zoptymalizowaną konstrukcję resora piórowego w symulatorze elementów skończonych ANSYS Workbench. W ACP Pre kliknij Dane inżynierskie. Następnie wybierz kartę Źródła danych inżynierskich.Przejdź do folderu Materiały kompozytowe i zaimportuj domyślne właściwości materiału prepregów węglowych, jednokierunkowych i tkanych. Po zakończeniu zamknij kartę Źródła danych inżynierskich. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy Geometria.Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy Importuj geometrię. Wybierz opcję Przeglądaj, aby znaleźć i wybrać plik CAD reprezentujący jedną czwartą resoru piórowego. Teraz kliknij dwukrotnie Model.Gdy pojawi się nowe okno, wyświetli się w nim segment resoru piórowego. Wybierz plik w obszarze Model. W obszarze Właściwości grafiki przypisz dowolną grubość powierzchni.Kliknij prawym przyciskiem myszy Model, aby wybrać Wstaw, a następnie Nazwany wybór. Użyj tej funkcji, aby zdefiniować strefę ułożenia, klikając podświetlone pole Geometria, wybierając region w modelu i stosując go. Powtórz tę czynność dla każdej strefy wymaganej dla modelu.Po zakończeniu kliknij prawym przyciskiem myszy Siatka. Następnie kliknij Generuj siatkę, aby wygenerować domyślną siatkę. Zamknij okno Mechaniczne, aby kontynuować.Na ekranie ACP Pre (Wstępna konfiguracja ACP) otwórz okno Setup (Konfiguracja). Aby zdefiniować właściwości warstwy, przejdź do folderu Dane materiałowe. W nim kliknij prawym przyciskiem myszy Tkaniny i kontynuuj, wybierając Utwórz tkaninę.W oknie, które zostanie otwarte, zdefiniuj materiał. Następnie przypisz grubość prepregu. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy Stackups i postępuj zgodnie z tym, wybierając Create Stackup.W nowym oknie zdefiniuj sekwencję układania podlaminatów, przechodząc do menu rozwijanego Tkaniny i dokonując niezbędnych wyborów dla projektu. Przejdź do opcji folderu Rozety i kliknij go prawym przyciskiem myszy, aby utworzyć rozetę. W oknie kliknij Początek i przejdź do modelu sprężyny.Tam kliknij wzdłuż osi resora piórowego, aby zdefiniować lokalne współrzędne elementu. Zamknij okno, aby zakończyć zadanie. Przejdź do kliknięcia prawym przyciskiem myszy folderu Zorientowany zbiór wskazań i wybierz opcję utworzenia zbioru wskazań.W przypadku zestawu elementów należy najpierw wybrać wpisy i punkt. W geometrii kliknij dowolny punkt, aby zdefiniować początek układu współrzędnych. Ponadto w obszarze Rozety przypisz odpowiednią rozetę.Zrób to dla każdego z zestawów elementów. W tym momencie otwórz folder Grupy modelowania. Zostanie wyświetlona zdefiniowana grupa modelowania.Aby utworzyć grupę modelowania, kliknij folder prawym przyciskiem myszy i wybierz opcję Utwórz grupę modelowania. W nowym oknie kliknij przycisk OK. Kliknij prawym przyciskiem myszy nową grupę i wybierz polecenie Utwórz warstwę. Umożliwia zdefiniowanie zorientowanego zbioru wskazań, materiału warstwy i liczby warstw dla każdej warstwy.Powtórz ten krok dla każdej grupy warstw, aby zdefiniować pełną sekwencję układania. Zamknij okno ACP. Z przybornika przeciągnij do obszaru roboczego Statyczna analiza statyczno-wytrzymałościowa.Następnie przeciągnij Konfigurację wstępną ACP na model w obszarze Statyczna konstrukcja konstrukcyjna i wybierz opcję Przenieś dane kompozytu bryłowego. Kliknij dwukrotnie pozycję Model w obszarze Statyczne konstrukcyjne. Teraz zastosuj warunki brzegowe symetrii i wiązania.Kliknij prawym przyciskiem myszy pozycję Statyczne konstrukcyjne i wybierz pozycję Wstaw, a następnie pozycję Przemieszczenie. Następnie wybierz ograniczoną powierzchnię geometrii. Zwiąż odpowiednie komponenty, ustawiając je na zero.Postępuj zgodnie z tą samą procedurą dla siły. Sprawdź, czy żądane symetrie są przestrzegane. Kliknij Rozwiąż, aby rozwiązać model jako liniowy sprężysty.Na schemacie projektu przejdź do Przybornika i przeciągnij słupek ACP na Model w obszarze ACP Pre. Przeciągnij statyczne rozwiązanie konstrukcyjne do obszaru Wyniki w obszarze Wpis ACP. Następnie kliknij dwukrotnie pozycję Wyniki w obszarze ACP Post.Aby utworzyć kryteria błędu, kliknij prawym przyciskiem myszy menu Definicja i wybierz polecenie Utwórz kryteria błędu. W oknie, które zostanie otwarte, wybierz pozycję Hashin jako kryterium niepowodzenia. Wybierz opcję Konfiguruj i ustaw wymiar trybu awarii na 3D.OK zmiany, aby powrócić do ekranu początkowego. Teraz kliknij prawym przyciskiem myszy menu Rozwiązanie, aby wybrać opcję Utwórz awarię. W nowym oknie wybierz żądane kryteria awarii.Zaznacz również pole Pokaż na bryłach. OK zmiany przed kliknięciem symbolu błyskawicy, aby ocenić wyniki kryteriów awarii. W celu symulacji zderzenia należy opracować kompletny model CAD pojazdu.Model powinien zawierać wszystkie główne komponenty, układ kierowniczy i zawieszenia, akumulator, siedzenia, klatkę bezpieczeństwa i monocoque. Na podstawie tego modelu CAD utwórz model półsamochodu, aby wykorzystać symetrię dwustronną w celu optymalizacji obliczeń. Rozpocznij nowy projekt w oprogramowaniu do symulacji elementów skończonych ANSYS.W obszarze Przybornik, Systemy analizy, przejdź do pozycji Jawna dynamika. Przeciągnij go do schematu projektu. W nowym elemencie kliknij dwukrotnie Dane inżynierskie.Na nowej karcie, w obszarze Materiały, dodaj nowe materiały i nazwij je odpowiednio, w tym przypadku Włókno węglowe. Przeciągnij wymagane właściwości materiału z drzewa Przybornik. W obszarze Wartości wstaw uzyskane wcześniej wartości, w tym ich odpowiednie jednostki.Wróć do zakładki Schemat projektu. Następnie, w obszarze Jawna dynamika, kliknij prawym przyciskiem myszy geometrię, aby wybrać opcję Importuj geometrię. Kliknij przycisk Browse (Przeglądaj) i załaduj plik STP z modelem półsamochodu do środowiska modelu.Plik zawiera również barierę dla testu zderzeniowego. W drzewie projektu wybierz opcję Siatka. W obszarze Szczegóły siatki przejdź do pozycji Preferencje fizyki.Ustaw wartość na Jawne. Następnie przejdź do Węzły środkowe elementu. Ustaw jego wartość na Upuszczone.Poniżej, w obszarze Rozmiar, przejdź do pozycji Funkcja rozmiaru, a następnie wybierz pozycję Krzywizna. Przejdź do Centrum referencyjnego i wybierz opcję Średni. Ustaw minimalny rozmiar elementu na sześć milimetrów.Wybierz maksymalny rozmiar elementu na 30 milimetrów. Teraz w obszarze Projekt ustaw warunki brzegowe ograniczenia, klikając prawym przyciskiem myszy jawną dynamikę. Wybierz opcję Wstaw, a następnie Podpora stała, aby zdefiniować sztywną barierę dla kolizji.Wybierz, w jaki sposób bariera ma zostać zamocowana. Następnie wybierz barierę i zastosuj wybór. Wróć, aby kliknąć prawym przyciskiem myszy Jawna dynamika i wybrać Wstaw, a następnie Przemieszczenie.Zastosuj zmiany. Zmień oś Z z swobodnej na stałą wartość zero. W górnej części okna kliknij Rozwiąż.Oto przykładowa mapa przedstawiająca przemieszczenia podwozia wynikające z przyspieszenia wstecznego 5G. Mapa ta może być wykorzystana do oceny sztywności konstrukcyjnej na wczesnym etapie projektowania. Jest to zoptymalizowana geometria resora piórowego.Analiza geometrii metodą elementów skończonych pozwala na obliczenie wskaźnika zniszczenia zgodnie z kryteriami zniszczenia Hashin. Może również określić naprężenie w znamieniu w jednym kierunku na zewnętrznej powierzchni liścia, wzdłuż jego głównego kierunku. Model numeryczny jest weryfikowany przy użyciu modelu w skali, który został przetestowany pod kątem pękania.Ten film pozwala docenić ewolucję naprężeń w pojeździe podczas modelowanego zderzenia z prędkością 60 kilometrów na godzinę. Przykładowa mapa naprężeń umożliwia ocenę integralności pojazdu, pomagając zidentyfikować możliwe punkty awarii, które mogą zaszkodzić pasażerom. Mapa przemieszczeń uzyskana na podstawie analizy metodą elementów skończonych dla tej samej prędkości uderzenia ujawnia, że największe z nich występują z przodu pojazdu oraz w prętach klatki bezpieczeństwa, które są przymocowane do siedzeń.Są one odpowiednią opcją do odtwarzania struktur kompozytowych, ponieważ mogą symulować sztywność na zginanie obiektów cienkościennych z prostszą siatką niż w przypadku elementów bryłowych. Z kolei w resorze piórowym, gdzie naprężenia lokalne nie mogą być ocenione przez model analityczny, są oceniane metodą elementów skończonych, a warstwy kompozytowe liści są modelowane przez elementy ceglane. Ważne jest, aby zauważyć, że podczas zderzeń deformacja monocoque jest minimalna i żadne elementy nie przenikają przez drugie.Dlatego można powiedzieć, że wzór na pojeździe jest bezpieczny. Pokazano różne amerykańskie modele służące do optymalizacji strukturalnej pojazdu zasilanego energią słoneczną. Pojazd okazał się wydajny i wygrał American Solar Challenge 2018 w swojej kategorii.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Pokazano wytwarzanie siatek o wysokim kontraście jako elementu dyspersyjnego rozdzielającego równoległe spektrum w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym. Opisano procesy wytwarzania, w tym litografię nanoimprint, rozpylanie TiO2 i reaktywne trawienie jonowe. Wyniki pomiarów współczynnika odbicia służą do scharakteryzowania parametrów optycznych.

Wykonanie siatek o wysokim kontraście dla elementu dyspersyjnego rozdzielającego widmo w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania organicznych cienkich warstw ogniw słonecznych za pomocą powlekarki z matrycą mini-szczelinową oraz powiązane charakterystyki struktury w linii produkcyjnej za pomocą technik rozpraszania synchrotronowego.

Drukowanie, produkcja masowych heterozłączowych ogniw słonecznych i charakterystyka morfologii in situ

Ten protokół opisuje syntezę i osadzanie roztworu nieorganicznych nanokryształów warstwa po warstwie w celu wytworzenia cienkiej warstwy elektroniki na powierzchniach nieprzewodzących. Atramenty stabilizowane rozpuszczalnikiem mogą wytwarzać kompletne urządzenia fotowoltaiczne na podłożach szklanych poprzez powlekanie wirowe i natryskowe po wymianie ligandów i spiekaniu po osadzaniu.

Produkcja w pełni przetworzonych w roztworze nieorganicznych nanokrystalicznych urządzeń fotowoltaicznych

Metoda dla w pełni drukowalnych, wolnych od fulerenów, wysoce stabilnych, masowo-heterozłączowych ogniw słonecznych opartych na alkoholanach Ti jako akceptorze elektronów i produkcji polimeru oddając elektrony jest opisana tutaj. Ponadto opisano metodę kontrolowania morfologii warstwy fotoaktywnej poprzez masowość molekularną jednostek Ti-alkoxidian.

Kontrola morfologii dla w pełni drukowalnych organiczno-nieorganicznych ogniw słonecznych z heterozłączami masowymi na bazie tytanowo-alkoksydowego i polimeru półprzewodnikowego

Prezentujemy obszerne badanie na temat efektów różnych metod wytwarzania organicznych/nieorganicznych cienkich warstw perowskitu, porównując struktury krystaliczne, gęstość stanów, poziomy energii i ostatecznie wydajność ogniw słonecznych.

Wpływ metod wytwarzania perowskitów hybrydowych na tworzenie filmu, strukturę elektronową i wydajność ogniw słonecznych

Z energią słoneczną jako siłą napędową, opracowano i eksperymentalnie zbadano nowatorski adsorpcyjny system chłodzenia. Para wodna i zeolit tworzyły parę roboczą układu adsorpcyjnego. Manuskrypt ten opisuje konfigurację stanowiska doświadczalnego, procedurę operacyjną i ważne wyniki.

Eksperymentalny system chłodzenia adsorpcyjnego z kolektorem skoncentrowanym

Ten artykuł jest demonstracją i wskazówką do przeprowadzenia i analizy wewnętrznych (z laboratoryjnym przyrządem rentgenowskim) eksperymentów in situ GISAXS dotyczących suszenia farb na niefulerenowych organicznych fotowoltaikach z rolki na rolkę.

Częstość występowania in situ Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego pod małym kątem na powłoce organicznych ogniw słonecznych z rolki na rolkę z laboratoryjnym oprzyrządowaniem rentgenowskim

Siarczek cyny (SnS) jest materiałem kandydującym na nietoksyczne ogniwa słoneczne występujące w dużych ilościach na Ziemi. Tutaj demonstrujemy procedurę wytwarzania ogniw słonecznych SnS wykorzystującą osadzanie warstw atomowych, które daje 4,36% certyfikowaną sprawność konwersji energii, oraz parowanie termiczne, które daje 3,88%.

Wytwarzanie rekordowo wydajnych ogniw słonecznych SnS metodą termicznego odparowywania i osadzania warstw atomowych

Przedstawiamy protokół użycia trybometru wspomaganego piezoelektrycznie i profilometru optycznego do zbadania zależności zużycia ultradźwiękowego i redukcji tarcia od prędkości liniowej, nacisku kontaktowego i właściwości powierzchni.

Eksperymenty nad smarowaniem ultradźwiękowym przy użyciu trybometru wspomaganego piezoelektrycznie i profilometru optycznego

Ten artykuł bada przydatność druku atramentowego do produkcji barwnikowych ogniw słonecznych. Opracowano niezawierający spoiwa atrament nanocząsteczkowy TiO2 i wydrukowano go na podłożu szklanym FTO. Zadrukowana warstwa została wyprodukowana w komórce o powierzchni czynnej 0,25cm2 i wydajności 3,5%.

Druk cyfrowy dwutlenku tytanu do ogniw słonecznych uczulonych na barwnik

Poznaj metodologię projektowania pojazdu solarnego klasy cruiser z włókna węglowego. Wykorzystaj modelowanie elementów skończonych i symulacje testów zderzeniowych w ANSYS Workbench do optymalizacji konstrukcji.

Projekt konstrukcyjny i produkcja pojazdu solarnego klasy cruiser

Przeglądaj więcej filmów