Name: Projeto estrutural e a fabricação de um cruzador da classe veículo Solar (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 57 s
Description: Aprenda a projetar veículos solares em fibra de carbono usando modelagem de elementos finitos e simulações de colisão. Este método otimiza o chassi monocoque e molas de lâmina para corridas de longa distância.

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Os autores querem agradecer a todos os membros da Associação de esporte Solare Onda (www.ondasolare.com) pelo apoio essencial e Marko Lukovic quem foi o designer estético do cruzador. Esta atividade de pesquisa foi realizada com o apoio financeiro da União Europeia e da região da Emília-Romanha dentro do POR-FESR 2014-2020, eixo 1, pesquisa e inovação.

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Os autores não têm nada para divulgar.

Da tabela 1, é possível perceber que o único dos podócitos não são simétricos, enquanto é o sanduíche inteiro. Isto é devido a necessidade de ter tanto o menor número de dobras, o tecnológico mínimo e as propriedades mecânicas desejadas.
De um lado, a seção marcada como 1/1b, 2, 3, na Figura 7 é responsável para as propriedades mecânicas em geral, sendo a orientação da camada de reforço de alta resistência unidirecional, a principal diferença entre eles. Do outro lado, as seções marcadas como A, B, C e D são modificadas para ter em conta as cargas concentradas dos sistemas de suspensão e de assentos de passageiros, devido à presença das molas de lâmina.
O modelo de elementos finitos utilizado para a análise do chassi composto baseia-se em uma topologia de concha. Elementos de casca são uma opção adequada para a reprodução de estruturas compósitas, como eles tendem a capturar a rigidez de flexão dos corpos de paredes finas com malhas substancialmente mais simples do que elementos sólidos. Por outro lado, recorrer ao continuum shell ou elementos sólidos deve ser considerado quando modelar estruturas sanduíche grosso ou regiões com inclinações íngremes de stress; uma discussão comparativa sobre elementos de casca shell e contínuo é fornecida24,25.
O principal objetivo da análise estática é verificar que a rigidez e a resistência da estrutura preenchem os requisitos. Requisitos de rigidez são aplicados diretamente, garantindo que a deformação do veículo sob cada caso de carga está dentro dos limites dos regulamentos (ou seja, nenhuma parte do veículo penetra quarto dos ocupantes). Avaliação da força da estrutura baseia-se na avaliação de danos do Hashin26 das telas compostas; ou seja, os parâmetros do Hashin devem ser estritamente menor que 1. Como diferentes modos prejudiciais contribuam para falha global do compósito laminado, a utilização de critérios cumulativos de danos (por exemplo, do Hashin) é recomendado; critérios de tensão máxima podem ser apropriados para componentes metálicos.
A literatura propôs várias soluções para a otimização do projeto de molas de lâmina compostas leves, mas a maioria deles se conectar somente uma única roda27,28 (sem recurso de antiroll) ou é adequada para o molde de infusão tecnologia (duplo-cônico)29. O desenho da folha primavera aqui apresentado é restrita um priori pelo prepreg de processo, que não permite uma solução de desenho duplo-cônico, mas garante a confiabilidade e alta resistência material de estratificação.
O aspecto inovador da mola é a integração funcional de dois componentes em um (a primavera e o bar antiroll) e a principal vantagem é a redução de massa. Além disso, graças ao modelo analítico proposto, é possível reduzir a massa ainda mais e obter a geometria ideal rápido para o conjunto de carga máxima e deslocamento.
As tensões locais e fora-de-avião que não pode ser apreciada pelo modelo analítico, são avaliados pelo método de elementos finitos, e as camadas de único composto da mola são modeladas com elementos de tijolo. Esta solução é computacionalmente mais pesada do que usando conchas, mas permite que, em combinação com Hashin, critérios de falha em 3D para prever a delaminação causaram por cargas fora-de-avião, que é um aspecto crítico do projeto mola. Finalmente, os modelos analíticos e numéricos para o desenho da folha primavera foram validados por um teste experimental em uma escala da mola de lâmina.
Sobre o teste de queda, o deslocamento relativamente elevado da gaiola do rolo, embora ele não representa um motivo de preocupação, é atribuído principalmente ao layout de sua parte frontal. Sua forma noncurved e a forma aguda, em que é colocado, com sem curvas e em um ângulo agudo com a direção de impacto, é responsável por transferir a maior parte da energia que deve ser absorvida pelo chassis para a gaiola do rolo, que tem um objectivo estrutural distinto . Por esta razão, a gaiola do rolo é empurrada para a retaguarda do veículo, causando um estresse elevado em suas regiões de penhora aos bancos. É importante notar que, apesar de qualquer segurança características que poderiam potencialmente ser melhoradas, a deformação mínima do monocoque e o fato de que nenhum componente penetrou/perfurados outros deixam claro que o design do veículo é considerado seguro em relação a sua resistência ao choque.
Portanto, a concepção estrutural do veículo como um todo é considerada foram otimizados em termos de uso do material, onde o cálculo extensivo mostrou no protocolo é essencial para a concepção de um monocasco e para as molas de folhas que foram adaptadas para ser luz e apresentar um melhor desempenho mecânico. Além disso, através de uma falha numérica teste de simulação, a estrutura do veículo demonstrou que é capaz de suportar com êxito o momentum inferido por um impacto frontal completa Considerando a velocidade média do carro na sua eficiência energética ideal.

Um carro solar é um veículo movido a energia solar, utilizado para transporte terrestre. O primeiro carro solar foi apresentado em 1955: era um pequena modelo de 15 polegadas, composto de 12 células fotovoltaicas de selênio e um pequeno motor elétrico1. Desde aquela demonstração bem sucedida, grandes esforços foram feitos em todo o mundo para provar a viabilidade da mobilidade sustentável-solar.
A concepção de um veículo solar2 é severamente restringida pela quantidade de entrada de energia para o carro, que é bastante limitada em condições normais. Alguns protótipos foram projetados para uso público, embora sem carros principalmente movido a energia solar estão disponíveis comercialmente. Por uma questão de fato, carros solares parecem longe de ser um uso comum na vida cotidiana, dada seus limites atuais, especialmente em termos de custo, escala e funcionalidade. Ao mesmo tempo, eles estão representando um banco de teste válido para o desenvolvimento de novas metodologias, a nível de design e fabricação, combinando tecnologia normalmente usada em setores industriais avançados, tais como energia alternativa, aeroespacial, e automotivo. Além disso, a maioria dos carros solares foram construídos com a finalidade de corridas de carro solar, brasonadas eventos ao redor do mundo, cujos participantes são, principalmente, universidades e centros de pesquisa que estão ostentando a pesquisa de soluções ideais para cada problema técnico. Em particular, os organizadores das competições mais importantes (por exemplo, o World Solar Challenge) tem sido adotar uma estratégia de desenvolvimento dos regulamentos que visam trazer estes veículos extremos tão próxima quanto possível para a mais tradicional corrida meios de transporte. Especificamente, depois de muitos anos em que os veículos eram o único-seaters e projetado para a rota de viagem como rapidamente quanto possível, a categoria emergente dos veículos do cruzador foi recentemente introduzido e desenvolvido para o transporte eficiente de passageiros mais.
Para estes veículos, as prescrições técnicas tornaram-se ainda mais rigorosas. Na verdade, não só que eles têm de garantir a máxima eficiência energética, mas também devem cumprir com condições mais complexas de engenharia ligadas a diferentes funcionalidades. Por exemplo, a possibilidade de transportar um maior número de ocupantes torna mais difícil para garantir as condições de segurança e dirigibilidade. O esforço é feito mais complicado devido o aumento de peso global e a necessidade de inserir uma muito maior bateria, enquanto espaços internos devem ser reduzidos, tornando o posicionamento da mecânica difícil.
Uma nova filosofia de design deve ser abordada, incluindo uma visão diferente do uso de material e fabricação. Em primeiro lugar, os materiais devem ser escolhidos baseia a mais elevada relação resistência-peso e, como consequência directa, plásticos fibra de carbono reforçado representam uma solução ideal. Além disso, estratégias específicas no projeto devem ser implementadas.
No presente artigo, são descritos os procedimentos utilizados para projetar algumas das mais importantes peças estruturais do veículo solar, como seu chassi monocoque, a suspensão e até mesmo um teste de batida computacional. O escopo final é obter rapidamente um veículo solar com o peso mínimo possível, em uma troca com regras de aerodinâmica e corrida.
Obviamente, a pesquisa para o material ideal em termos de relação entre peso e resistência é restrita pela tecnologia empregada, que é o molde da autoclave de pré-impregnados CFRP. O objetivo dos métodos selecionados é a determinação rápida da escolha material ideal em termos de tipologia de dobras dentro de um intervalo finito de possibilidades e em termos de percebê-lo. Na verdade, projetando com materiais compostos implica a escolha simultânea de Propriedades geométricas de seções, do material específico e da tecnologia apropriada (que, no caso apresentado aqui, estava determinado a priori, como muitas vezes acontece).
Várias competições de renome desempenho de longa distância para veículos eléctricos solares foram realizadas em todo o mundo nas últimas décadas, envolvendo top-rank universidades e centros de pesquisa, que são os principais agentes de promoção para o desenvolvimento deste tipo de mobilidade tecnologia. No entanto, a competitividade que corre neste campo de investigação em aliança com os limites da propriedade intelectual é um fator limitante a sério para a difusão do conhecimento sobre o assunto. Por esta razão, a revisão de literatura sobre contas de projeto de carro solar para alguns (e às vezes desatualizadas) referências, mesmo quando toda pesquisas são baseadas sobre este survey3, que é porque são encorajados a realização de obras como o presente.
Independentemente de qual aspecto do design do veículo está sendo melhorado, um objectivo comum sempre visa: a obtenção de maior eficiência energética. Produtivas mudanças no desenho não são sempre baseadas em tecnologias de ponta, como eles podem ser meramente com base na mecânica como abaixar o centro de gravidade do veículo para aumentar a sua estabilidade (o que é particularmente importante para competições realizadas no deserto rajadas de regiões4 , devido ao vento lateral5) ou reduzindo o peso do veículo peças6-de que um 10% de redução de peso global em veículos elétricos pode-se inferir até 13,7% em7de poupança de energia. Estratégias de gestão de energia profunda também são comumente usadas em eventos de corrida para garantir o melhor desempenho possível, onde excitante velocidade máxima de 130 km/h e única acusações que duram por mais de 800 km pode ser obtido no cruzador classe carros8.
O estudo da aerodinâmica da5,9,10 do veículo é importante para garantir a resistência do ar e suavidade durante a condução, onde os principais aspectos a ser controlado são uma redução do coeficiente de arrasto para permitir que o carro para levar ao gastar menos energia e o coeficiente do elevador deve ser mantido negativo para garantir que o carro está com segurança e estàvel presos ao solo, mesmo em velocidades mais altas.
Outro parâmetro importante a ser desenvolvida é o sistema de suspensão, que é geralmente aplicado em veículos regulares com fins exclusivo de fornecer conforto, estabilidade e segurança, mas em carros solares deve também ser luz. Este aspecto importante tem sido explorado desde 199911 em estudos envolvendo molas de lâmina de fibra de vidro e, mais recentemente, com fibra de carbono12 que, quando usado para constituir a fúrcula ligações13, provou-se para fornecer não somente o peso redução, mas também um fator de segurança reforçada. Embora as suspensões dobro-wishbone, sem dúvida, são mais frequentemente utilizadas em carros solares14, o atual estudo considera uma mola de lâmina transversal construída com fibra de carbono, por isso é um sistema de suspensão mais simples e mais leve, com redução de peso não suspenso.
Quanto para a fabricação do chassis, revelou-se a construção de uma estrutura monocoque de fibra de carbono para conceder uma vantagem de desempenho significativa, sendo uma restrição do projeto indispensável para o mais proeminente existentes4,8 ,15 equipes de carro solar. O uso da fibra do carbono é vital para a execução do veículo, permitindo que as equipes para construir veículos onde cada uma das componentes estruturais (ou diferentes partes da estrutura do mesma, como no chassis) tem uma quantidade ideal de fibras em camadas em calculado orientações. Por isso, neste trabalho, o material Propriedades foram avaliadas através de padronizados ensaios experimentais, tais como o teste de flexão de três pontos e o teste de força (ILSS) cisalhamento interlaminar.
Para garantir a estabilidade dimensional durante o ciclo de cura, a construção geralmente é feita com ensaque do vácuo e autoclave4 em moldes de fibra de carbono que, por sua vez, são laminadas em espuma de alta densidade precisamente branqueada ou padrões de alumínio de molde. A maioria das peças é constituída por estruturas sanduíche (ou seja, com fibras na pele e materiais do núcleo extremamente leves que servem para atribuir a flexão resistência à composição carregando um peso extremamente baixo). Além disso, a fibra de carbono também é vantajosa para oferecendo níveis mais altos de segurança vibracional contra fenómenos de ressonância12.
Com o objetivo de certificar a segurança dos passageiros em eventos de colisão, testes de choque geralmente envolvem testes demorados e antieconômico, experimentais e destrutivas com veículos de amostra. Uma tendência recente que vem ganhando grande popularidade é artificialmente crash testes, onde estas simulações investigar a segurança dos ocupantes do carro durante diferentes tipos de impactos (por exemplo, frontal completa, deslocamento de impacto frontal, lateral e virar) . Dada a importância da realização de uma análise de um acidente em um veículo de estrada e a viabilidade de fazê-lo através de modelagem numérica, a presente investigação visa identificar as áreas mais críticas do veículo solar, em termos de tanto stress máximo e deformação, de modo a permitir uma hipótese de melhoria da estrutura.
O teste de queda numérica na solares veículos realizadas por este meio é sem precedentes. Considerando a falta de bibliografia sobre a pesquisa e a regulamentação específica para esta abordagem inovadora carro solar, supunha-se uma adaptação que considera o impacto do veículo em um obstáculo rígido a sua velocidade média. Por isso, a modelagem da geometria do veículo e a simulação (incluindo malha Constituição e simulação de set-up) têm sido realizados sobre diferente software apropriado. O uso de fibra de carbono para a estrutura do veículo também é justificado pelo seu comportamento, resistência ao choque, que já foi mostrado para ser maior do que a de outros materiais, tais como compósitos de fibra de vidro, em testes de colisão de veículos eléctricos16.

<table><tbody><tr><td>Sarja CFRP 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>Favo de mel</td><td>DuPont</td><td>Nomex 9-14 mm</td><td></td></tr><tr><td>Máquina de teste universal (UTM)</td><td>Instron</td><td>Instron 8033 250 kN</td><td></td></tr><tr><td>FEM</td><td>Ansys</td><td>Ansys 18</td><td></td></tr><tr><td>Computação numérica Enviroment</td><td>Matworks</td><td>Matlab R2018a</td><td></td></tr></tbody></table>

projeto estrutural e a fabricação de um cruzador da classe veículo solar

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

Cruzadores são ocupantes multi veículos solares que são concebidos para competir em longa distância (mais de 3.000 km) corridas solares baseiam o melhor compromisso entre o consumo de energia e a carga. Eles devem obedecer às regras da prova em relação as dimensões totais, o tamanho do painel solar, funcionalidade e segurança e requisitos estruturais, enquanto a forma, os materiais, o trem de força, e os mecânicos são considerados, a critério do designer. Neste trabalho, os aspectos mais relevantes do processo de projeto estrutural de um cheio-carbono reforçado com fibra de plástico solar veículo são detalhados. Em particular, os protocolos utilizados para a concepção da sequência de laminação de chassis, a análise estrutural das molas e a simulação numérica de teste de queda do veículo, incluindo a gaiola de segurança, são descritos. A complexidade da metodologia de projeto de estruturas de compósitos reforçado com fibra é compensada pela possibilidade de adaptar suas características mecânicas e otimizando o peso total do carro.

Neste trabalho, vários aspectos relacionam ao processo de projeto estrutural de um cheio-carbono reforçado com fibra plástico veículo solar são detalhados, enfocando o chassi monocoque, as molas de lâmina, e testar o veículo como um todo durante um acidente.

Projeto estrutural e a fabricação de um cruzador da classe veículo Solar

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 ...

Os cruzadores são veículos solares multi-ocupantes concebidos para competir em corridas solares de longo alcance que se baseiam no melhor compromisso entre o consumo de energia e a carga útil. Eles devem cumprir as regras de corrida relativas à dimensão geral, à segurança e aos requisitos mecânicos, enquanto o outro aspecto como forma, materiais, powertrain e mecânica pode ser determinado pelos designers. Neste trabalho, detalhamos alguns dos aspectos mais relevantes do processo de projeto estrutural de um veículo solar plástico reforçado com fibra de carbono.O protocolo utilizado para o desenho da sequência de laminação do chassi, da análise estrutural das molas da folha e para a simulação de teste de colisão do veículo são mostrados. A complexidade da metodologia de design de estruturas compostas reforçadas com fibra é compensada pela possibilidade de adequar suas características mecânicas e otimizar o peso geral do carro. Depois de desenvolver um design de chassi candidato, crie um modelo de shell de elemento finito.Importe o design do chassi em um software de modelagem de elementos finitos. Em Materiais, selecione o tipo de fibra para definir as propriedades de um polímero reforçado com fibra de carbono único. Escolha o comportamento elástico.A partir daí, verifique se as constantes de engenharia são apropriadas. Em seguida, veja os parâmetros de dano hashin. Certifique-se de que eles têm os valores desejados.Feche a configuração das propriedades do material. Passe para criar uma seção Layups composto. Aqui, cada ply polímero reforçado com fibra de carbono é definido por ordem na sequência, material, espessura e ângulo de rotação.O próximo passo é selecionar Mesh para atribuir a distribuição de elementos discretos. Verifique os parâmetros da Semente de Malha Global. Novamente, em Malha, selecione Tipo de elemento.Em seguida, selecione um elemento do modelo. Use o tipo de elemento shell. Escolha a forma de elemento dominado pelo quad.Se os efeitos da ampulheta forem insignificantes, selecione Integração Reduzida. Continue atribuindo elementos de malha. Quando estiver pronto para gerar a malha, retorne à Malha e selecione a peça confirme, ou seja, OK, para engrenar a peça.Uma vez que a malha esteja completa, em Conjunto, crie uma instância do chassi para a qual serão aplicadas cargas e condições de limite. Vá para a pasta Passos. Lá, selecione o procedimento de análise.Certifique-se de que o procedimento é definido como estático. Além disso, verifique se o comportamento de geometria não linear está desligado. Agora, vá para Loads para começar a aplicar as cargas prescritas.Sob força corporal, entre nos componentes e distribuição para gravidade ou aceleração constante. A direção de força é mostrada na janela com o modelo. Em seguida, identifique forças concentradas, como as de ocupantes.Verifique se eles são aplicados nas posições corretas no quadro. Siga os mesmos passos para as forças concentradas devido às baterias do carro. Depois que as cargas forem definidas, aplique as condições de limite.Considere o chassi como um corpo suportado acionado por cargas externas e identifique os locais de restrição. Use condições de limite fixadas. Para definir a saída, vá para Solicitações de saída de campo.Faça a seleção desejada. Verifique se o domínio é composto. Em seguida, sob Estresses, verifique se as variáveis de saída são componentes de estresse e invariantes.Além disso, verifique em Falha/Fratura. Lá, os dados de saída hashin devem ser selecionados. Clique em OK quando estiver satisfeito.Em Análise, comece a montar um trabalho. Nomeie o trabalho e defina a fonte do modelo. Depois de clicar em Continuar, personalize as configurações para o ambiente do computador, se necessário.Escolha realizar uma análise completa. Quando isso estiver concluído, OK as mudanças na janela. Clique com o botão direito do mouse no trabalho criado e escolha Enviar para executá-lo.Use a saída para produzir um livro ply para um fabricante. O design incorpora uma mola de folha transversal de fibra de carbono para um sistema de suspensão simples e leve com peso não-sol reduzido. O design da mola da folha deve ser avaliado como parte do processo geral.Simule um design otimizado de mola de folha no simulador de elemento finito ANSYS Workbench. Dentro do ACP Pre, clique em Dados de Engenharia. Em seguida, selecione a guia Fontes de dados de engenharia.Vá para a pasta Materiais Compostos e importe as propriedades de materiais padrão padrão de carbono, unidirecionais e tecidas. Quando terminar, feche a guia Fontes de Dados de Engenharia. Em seguida, clique com o botão direito do mouse em Geometria.Em seguida, clique com o botão direito do mouse em Geometria de Importação. Selecione Procurar para encontrar e escolher o arquivo CAD representando um quarto da mola da folha. Agora, clique duas vezes no Modelo.Quando a nova janela aparecer, ela exibirá o segmento de mola de folha. Selecione o arquivo em Model. Em Propriedades Gráficas, atribua uma espessura arbitrária da superfície.Clique com o botão direito do mouse no Modelo para selecionar Inserir e a partir daí a Seleção Nomeada. Use esta função para definir uma zona de layup clicando no campo de geometria destacada, selecionando uma região no modelo e aplicando-a. Repita isso para cada zona necessária para o modelo.Quando feito, clique com o botão direito do mouse em Malha. Em seguida, clique em Gerar Malha para gerar a malha padrão. Feche a janela mecânica para continuar.Na tela ACP Pre, abra a janela Configuração. Para definir as propriedades do ply, acesse a pasta Dados materiais. Dentro dele, clique com o botão direito do mouse em Tecidos e prossiga selecionando Criar tecido.Na janela que se abre, defina o material. Em seguida, atribua a espessura prepreg. Em seguida, clique com o botão direito do mouse em Stackups e siga isso selecionando Criar Stackup.Na nova janela, defina a sequência de empilhamento sub-laminado indo para o menu suspenso do Fabrics e fazendo as seleções necessárias para o projeto. Passe para a opção de pasta Rosettes e clique com o botão direito do mouse nela para criar uma roseta. Na janela, clique em Origem e mude-se para o modelo de mola.Lá, clique ao longo do eixo mola da folha para definir as coordenadas locais do elemento. Feche a janela para completar a tarefa. Vá para clicar com o botão direito do mouse na pasta Set de seleção orientada e escolha criar um conjunto de seleção.Para um conjunto de elementos, selecione primeiro as entradas e o ponto. Na geometria, clique em um ponto arbitrário para definir a origem. Além disso, sob Rosettes, atribua a rosetta apropriada.Faça isso para cada um dos conjuntos de elementos. Neste ponto, abra a pasta Grupos de Modelagem. O grupo de modelagem definido aparece.Para criar um grupo de modelagem, clique com o botão direito do mouse na pasta e escolha Criar grupo de modelagem. Na nova janela, clique em OK. Clique com o botão direito do mouse no novo grupo e selecione Criar Ply. Defina um conjunto de seleção orientado, material ply e o número de camadas para cada ply.Repita esta etapa para cada grupo de plies para definir a sequência completa de empilhamento. Feche a janela ACP. Da caixa de ferramentas, arraste a análise estrutural estática para o espaço de trabalho.Em seguida, arraste a configuração pré-configuração do ACP para o modelo em estrutural estática e selecione Transferir dados compostos sólidos. Clique duas vezes no Modelo em Estrutura Estática. Agora, aplique simetria e condições de limite de restrição.Clique com o botão direito do mouse em Estrutura Estática e selecione Inserir, seguido de Deslocamento. Em seguida, selecione a superfície restrita da geometria. Restringir os componentes apropriados definindo-os como zero.Siga o mesmo procedimento para a força. Verifique se as simmetrias desejadas são respeitadas. Clique em Resolver para resolver o modelo como elástico linear.No Projeto Esquema, vá para a caixa de ferramentas e arraste o Post ACP para o Modelo sob ACP Pre. Arraste a solução estrutural estática para os resultados sob o posto ACP. Em seguida, clique duas vezes em Resultados sob O Post ACP.Para criar critérios de falha, clique com o botão direito do mouse no menu Definição e escolha Criar critérios de falha. Na janela que abre, selecione Hashin como critério de falha. Selecione Configurar e definir a dimensão do modo de falha para 3D.OK as alterações para retornar à tela inicial. Agora, clique com o botão direito do mouse no menu 'Criar' para selecionar Criar falha. Na nova janela, selecione os critérios de falha desejados.Além disso, confira o show na caixa De Sólidos. OK as alterações antes de clicar no símbolo relâmpago para avaliar os resultados dos critérios de falha. Para a simulação de um acidente, desenvolva um modelo CAD completo do veículo.O modelo deve incluir todos os principais componentes, sistemas de direção e suspensão, bateria, bancos, gaiola de rolo e monocoque. A partir deste modelo CAD, crie um modelo de meio carro para explorar a simetria bilateral, a fim de otimizar os cálculos. Inicie um novo projeto no software de simulação de elementos finitos ANSYS.Em Toolbox, Sistemas de Análise, vá para A Dinâmica Explícita. Arraste-o para o Projeto Esquema. No novo elemento, clique duas vezes em Dados de Engenharia.Na nova aba, em Materiais, adicione novos materiais e nomeie-o em conformidade, Fibra de Carbono neste caso. Arraste as propriedades necessárias do material da árvore caixa de ferramentas. Em Valores, insira valores obtidos anteriormente, incluindo suas unidades apropriadas.Retorne à guia Projeto Esquema. Em seguida, em Dinâmica Explícita, clique com o botão direito do mouse na Geometria para selecionar Geometria de Importação. Clique em Procurar e carregue o arquivo STP com o modelo de meio carro no ambiente do modelo.O arquivo também inclui a barreira para o teste de colisão. Dentro da árvore do Projeto, selecione Malha. Em Detalhes de Malha, vá para a Preferência de Física.Defina o valor para Explícito. Então, vá para Element Midside Nodes. Defina seu valor para Drop.Abaixo, em Dimensionamento, vá para a Função de Tamanho e, a partir daí, selecione Curvatura. Passe para o Centro de Referência e selecione Médio. Ajuste o tamanho mínimo do elemento em seis milímetros.Escolha o tamanho máximo do elemento para ser de 30 milímetros. Agora, em Project, defina as condições de limite de restrição clicando com o botão direito do mouse na Dinâmica Explícita. Selecione Inserir e, em seguida, Suporte Fixo para definir a barreira rígida para uma colisão.Escolha como a barreira deve ser consertada. Em seguida, selecione a barreira e aplique a escolha. Retorne ao clique com o botão direito do mouse em Dinâmica Explícita e selecione Inserir, seguido de Deslocamento.Aplique as alterações. Altere o eixo Z de livre para o valor constante de zero. Na parte superior da janela, clique em Resolver.Aqui está um mapa de amostra mostrando os deslocamentos do chassi resultante de uma aceleração 5G para trás. Este mapa pode ser usado para avaliar a rigidez estrutural em um estágio inicial de projeto. Esta é a geometria otimizada da mola da folha.A análise do elemento finito da geometria permite o cálculo do índice de falha de acordo com os critérios de falha de Hashin. Também pode determinar o estresse no estigma de uma direção na superfície externa da folha, ao longo de sua direção principal. O modelo numérico é validado usando um modelo de escala testado para fratura.Este vídeo permite apreciar a evolução do estresse no veículo durante um impacto modelado de 60 quilômetros por hora. Um mapa de estresse amostral fornece um meio de avaliar a integridade do veículo, ajudando a identificar possíveis pontos de falha que possam prejudicar os passageiros. Um mapa de deslocamentos a partir da análise de elementos finitos para a mesma velocidade de impacto revela que o maior ocorre na frente do veículo e nas barras de gaiola de rolo que estão presas aos bancos.Eles são uma opção adequada de reprodução de estruturas compostas, pois podem simular a rigidez de dobra dos corpos de parede fina com malha mais simples do que os elementos sólidos. Por outro lado, na mola da folha, onde as tensões locais não podem ser apreciadas pelo modelo analítico, são avaliadas pelo método de elemento finito, e as camadas compostas da folha são modeladas pelos elementos de tijolo. É importante notar que, durante os eventos de colisão, a deformação do monocoque é mínima, e nenhum componente penetra o outro.Portanto, é possível dizer que o design do veículo é seguro. Diferentes modelos americanos servem para a otimização estrutural de um veículo movido a energia solar. O veículo provou ser eficiente e venceu o American Solar Challenge 2018 em sua categoria.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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