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.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |