Крейсеры являются многокилайными солнечными аппаратами, задуманными для участия в гонках на солнце дальнего радиуса действия, которые основаны на наилучшем компромиссе между потреблением энергии и полезной нагрузкой. Они должны соответствовать правилам гонки в отношении общего размера, безопасности и механических требований, в то время как другой аспект, как форма, материалы, трансмиссия, и механика может быть определена дизайнерами. В этой работе мы подробно некоторые из наиболее актуальных аспектов процесса структурного проектирования полноуглеродного волокна усиленных пластиковых солнечных транспортных средств.
Показан протокол, используемый для проектирования последовательности ламинирования шасси, структурного анализа пружин листьев, а также для моделирования краш-тестов транспортного средства. Сложность проектной методологии волоконно-укрепленных композитных конструкций компенсируется возможностью адаптации их механических характеристик и оптимизации общего веса автомобиля. После разработки дизайна шасси-кандидата создайте модель оболочки конечного элемента.
Импорт конструкции шасси в программное обеспечение для моделирования конечных элементов. В соответствии с материалами выберите тип волокна для определения свойств одноуглеродного полимера, усиленного волокном. Выберите упругое поведение.
Оттуда, убедитесь, что инженерные константы являются целесообразными. Далее просмотрите параметры повреждения Hashin. Убедитесь, что они имеют желаемые значения.
Закройте из установки свойств материала. Двигайтесь дальше, чтобы создать раздел Композитные layups. Здесь каждый полимерный курсив, усиленный углеродным волокном, определяется порядком в последовательности, материале, толщине и углу вращения.
Следующим шагом является выбор сетки для назначения распределения дискретных элементов. Проверьте параметры глобального семени сетки. Опять же, под сеткой выберите тип элемента.
Затем выберите элемент модели. Используйте тип элемента оболочки. Выберите форму элемента, в которой доминирует четверка.
Если эффект песочных часов незначителен, выберите уменьшенную интеграцию. Продолжить назначение элементов сетки. Когда готовы к созданию сетки, вернуться к сетке и выбрать часть подтвердить, то есть, ОК, чтобы сетка части.
Как только сетка будет завершена, в соответствии с сборкой, создайте экземпляр шасси, к которому будут применяться нагрузки и пограничные условия. Перейдите к папке Шаги. Там выберите процедуру анализа.
Убедитесь, что процедура определяется как статическая. Кроме того, убедитесь, что нелинейное поведение геометрии выключено. Теперь отправляйтесь в Loads, чтобы начать применять предписанные нагрузки.
Под силой тела введите компоненты и распределение для гравитации или постоянного ускорения. Направление силы отображается в окне с моделью. Далее определите концентрированные силы, такие, как силы, которые были связаны с оккупантами.
Убедитесь, что они применяются в правильном положении на раме. Следуйте тем же шагам для концентрированных сил из-за автомобильных батарей. После набора нагрузок примените пограничные условия.
Рассматривайте шасси как поддерживаемый кузов, на который действуют внешние нагрузки, и определите места ограничения. Используйте закрепленные пограничные условия. Чтобы определить выход, перейдите к запросам на выход поля.
Сделайте нужный выбор. Убедитесь, что домен является композитным layup. Затем, в соответствии со стрессами, убедитесь, что выходные переменные являются стрессовыми компонентами и invariants.
Кроме того, проверьте под отказ / разлом. Там должны быть выбраны выходные данные Hashin. Нажмите OK, когда удовлетворены.
В соответствии с анализом, начать на работу. Назовите задание и определите источник модели. После нажатия Продолжить, настроить настройки для компьютерной среды, если это необходимо.
Выберите для выполнения полного анализа. Когда это будет завершено, OK изменения в окне. Нажмите правой кнопкой мыши на созданное задание и выберите Отправку для его ногой.
Используйте выход для производства ply книги для производителя. Конструкция включает в себя пружину поперечного листа из углеродного волокна для простой и легкой системы подвески с уменьшенным невоспетым весом. Конструкция пружины листьев должна быть оценена как часть общего процесса.
Имитировать оптимизированный дизайн пружины листьев в симуляторе конечного элемента ANSYS Workbench. В рамках ACP Pre нажмите на инженерные данные. Затем выберите вкладку «Источники инженерных данных».
Перейти к папке Композитные материалы, и импортировать углерода, однонаправленный, и тканые prepregs свойства материала по умолчанию. После этого закройте вкладку «Источники инженерных данных». Далее, справа нажмите на геометрию.
Затем нажмите правой кнопкой мыши на геометрию импорта. Выберите Просмотр, чтобы найти и выбрать файл CAD, представляющий одну четверть пружины листьев. Теперь дважды нажмите на модель.
Когда появится новое окно, оно будет отображать весенний сегмент листа. Выберите файл под моделью. Под графическими свойствами назначьте произвольный толщину поверхности.
Нажмите правой кнопкой мыши на модели, чтобы выбрать Insert, а оттуда именованный выбор. Используйте эту функцию для определения зоны укладки, нажав на выделенное поле геометрии, выбрав область в модели и применяя ее. Повторите это для каждой зоны, необходимой для модели.
Когда все будет сделано, нажмите правой кнопкой мыши на сетке. Затем нажмите на Generate Mesh для создания сетки по умолчанию. Закройте механическое окно, чтобы продолжить.
На экране ACP Pre откройте окно setup. Чтобы определить свойства ply, перейдите в папку Материальные данные. В нем, право нажмите на ткани, и приступить к выбору Создать Ткань.
В окне, которое открывается, определить материал. Затем назначьте толщину prepreg. Далее нажмите правой кнопкой мыши на Stackups и следуйте этому, выбрав Create Stackup.
В новом окне определите последовательность укладки субламината, заехав в меню высадки тканей и сделав необходимый выбор для проекта. Перейти к варианту папки Rosettes, и право нажмите на него, чтобы создать розетку. В окне нажмите на Origin и переместите на весеннюю модель.
Там щелкните вдоль оси пружины листа, чтобы определить локальные координаты элемента. Закройте окно для выполнения задачи. Перейдите на правое нажатие на папку «Набор ориентированных выборов» и создайте набор выбора.
Для набора элементов сначала выберите записи и точку. В геометрии нажмите на произвольный момент, чтобы определить происхождение. Кроме того, под розетки, назначить соответствующие rosetta.
Сделай это для каждого из наборов элементов. На этом этапе откройте папку Группы моделирования. Появляется определенная группа моделирования.
Чтобы создать группу моделирования, нажмите правой кнопкой мыши на папку и выберите Группу моделирования. В новом окне щелкните OK. Нажмите правой кнопкой мыши на новую группу и выберите Create Ply. Определите ориентированный набор выделения, материал ply и количество слоев для каждого слоя.
Повторите этот шаг для каждой группы plies, чтобы определить полную последовательность укладки. Закройте окно АШП. Из инструментария перетащите статический структурный анализ в рабочее пространство.
Затем перетащите предустановную установку ACP на модель в Static Structural и выберите Transfer Solid Composite Data. Дважды нажмите на модель под Static Structural. Теперь примените симметрию и условия границы ограничения.
Нажмите правой кнопкой мыши на Static Structural и выберите Insert, а затем Перемещение. Далее выберите ограниченную поверхность геометрии. Окомите соответствующие компоненты, установив их до нуля.
Следуйте той же процедуре для силы. Убедитесь, что желаемые симметрии соблюдаются. Нажмите на Solve, чтобы решить модель как линейная эластичная.
В проекте Schematic, перейдите на toolbox и перетащите ACP Post на модель в соответствии с ACP Pre. Перетащите статическое структурное решение на результаты под ACP Post. Затем дважды нажмите на результаты в соответствии с ACP Post.
Чтобы создать критерии сбоя, нажмите правой кнопкой мыши в меню «Определение» и выберите критерии создания сбоев. В окне, которое открывается, выберите Hashin в качестве критерия отказа. Выберите Настройку и установите размер режима сбоя до 3D.
OK изменения, чтобы вернуться на первоначальный экран. Теперь нажмите правой кнопкой мыши в меню Решения, чтобы выбрать Сбой создания. В новом окне выберите желаемые критерии сбоя.
Кроме того, проверьте шоу на твердой коробке. ОК изменения, прежде чем нажать на символ молнии для оценки результатов критериев отказа. Для моделирования аварии разработайте полную модель CAD транспортного средства.
Модель должна включать в себя все основные компоненты, системы рулевого управления и подвески, аккумулятор, сиденья, рулонную клетку и монокок. Из этой модели CAD создайте модель полувечного автомобиля для использования двусторонней симметрии для оптимизации расчетов. Запустите новый проект в программном обеспечении моделирования конечных элементов ANSYS.
Под Toolbox, Аналитические системы, перейдите к явной динамике. Перетащите его в проект Schematic. В новом элементе дважды нажмите на инженерные данные.
На новой вкладке, под материалы, добавить новые материалы и назвать его соответственно, углеродного волокна в этом случае. Перетащите необходимые свойства материала с дерева Toolbox. Под значениями вставьте значения, полученные ранее, включая соответствующие единицы.
Возвращение к вкладке Схема проекта. Затем, в соответствии с явной динамикой, право нажмите на геометрию, чтобы выбрать геометрию импорта. Нажмите на Просмотр и загрузите файл STP с моделью half-car в модельную среду.
Файл также включает в себя барьер для краш-теста. Внутри дерева проекта выберите сетку. В соответствии с деталями сетки, перейдите к физике предпочтение.
Установите значение для явного. Затем перейдите к узлам Элемент Мидсайд. Установите его значение для Dropped.
Ниже, под размером, перейдите на размер функции, а оттуда выберите кривизны. Переместись в Справочный центр и выберите Medium. Установите минимальный размер элемента на шесть миллиметров.
Выберите максимальный размер элемента, чтобы быть 30 миллиметров. Теперь, в соответствии с проектом, установите условия границы ограничения, нажав правой кнопкой «Явная динамика». Выберите Вставку, а затем фиксированную поддержку для определения жесткого барьера для столкновения.
Выберите, как должен быть установлен барьер. Затем выберите барьер и примените выбор. Вернитесь к правому нажатию на явную динамику и выберите Insert, за которым последует Перемещение.
Примените изменения. Измените ось от свободного к постоянному значению нуля. В верхней части окна нажмите на Solve.
Вот пример карты, показывающей смещения шасси в результате 5G обратного ускорения. Эта карта может быть использована для оценки структурной жесткости на ранней стадии проектирования. Это оптимизированная геометрия пружины листьев.
Анализ конечного элемента геометрии позволяет вычислить индекс отказов по критериям отказа Hashin. Он также может определить стресс в стигме в одном направлении на внешней поверхности листа, вдоль его основного направления. Численная модель проверяется с помощью модели масштаба, проверенной на перелом.
Это видео позволяет оценить эволюцию стресса в автомобиле во время смоделированного 60-километрового удара в час. Карта стресса образца предоставляет средства для оценки целостности транспортного средства, помогая определить возможные точки отказа, которые могут нанести вред пассажирам. Карта смещений от анализа конечного элемента для той же скорости удара показывает, что наибольшее происходит в передней части транспортного средства и в рулонных барах клетки, которые прикреплены к сиденьям.
Они являются подходящим вариантом воспроизведения композитных структур, так как они могут имитировать изгиб жесткости тонкостенных тел с более простой сеткой, чем твердые элементы. С другой стороны, в источнике листьев, где локальные напряжения не могут быть оценены аналитической моделью, оцениваются методом конечного элемента, а листовые композитные слои моделируется кирпичными элементами. Важно отметить, что во время аварий деформация монокок минимальна, и никакие компоненты не проникают в другую.
Поэтому можно сказать, что конструкция на транспортном средстве безопасна. Различные американские модели служат для структурной оптимизации на солнечных батареях транспортного средства были показаны. Автомобиль оказался эффективным и выиграл American Solar Challenge 2018 в своей категории.
