Name: structural design and manufacturing of a cruiser class solar vehicle
Uploaded: 2019-01-30T13:00:00
Duration: 14 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle at JoVE.com

Forfatterne vil takke alle medlemmer av Onda Solare Sport Association (www.ondasolare.com) for deres viktig støtte og Marko Lukovic som var estetiske utformeren av krysseren. Denne forskningsaktiviteten ble realisert med økonomisk støtte til EU og regionen Emilia-Romagna i POR-FESR 2014-2020, akse 1, forskning og innovasjon.

<ol>
	<li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Popular Mechanics Magazine. 104 (3), (1955).</li><li>Thacher, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Solar Car Primer, A Guide to the Design and Construction of Solar-Powered Racing Vehicles. , (2015).</li><li>Minak, G., Fragassa, C., de Camargo, F. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+brief+review+on+determinant+aspects+in+energy+efficient+solar+car+design+and+manufacturing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Teijin+advanced+carbon+fiber+technology+used+to+build+solar+car+for+world+solar+challenge.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+assessment+of+aerodynamic+properties+of+a+solar+vehicle.">Numerical assessment of aerodynamic properties of a solar vehicle.</a> ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , (2013).</li><li>Betancur, E., Mej&#237;a-Guti&#233;rrez, R., Osorio-G&#243;mez, G., Arbelaez, A., Eynard, B., Nigrelli, V., Oliveri, S. M., Peris-Fajarnes, G., Rizzuti, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+structural+parts+for+a+racing+solar+car.">Design of structural parts for a racing solar car.</a> Advances on Mechanics, Design Engineering and Manufacturing. Proceedings of the International Joint Conference on Mechanics, Design Engineering &#38; Advanced Manufacturing (JCM 2016, 14-16 September, 2016, Catania, Italy). , 25-32 (2017).</li><li>Joost, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducing+vehicle+weight+and+improving+U.S.+energy+efficiency+using+integrated+computational+materials+engineering.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+development+of+the+Sunswift+eVe+solar+vehicle:+a+record-breaking+electric+car.">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-G&#243;mez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+effects+of+manufacturing+tolerances+on+a+solar+car.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+optimization+in+a+lightweight+solar+vehicle+design.">Aerodynamic optimization in a lightweight solar vehicle design.</a> ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , 1-8 (2014).</li><li>Sancraktar, E., Gratton, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+analysis,+and+optimization+of+composite+leaf+springs+for+light+vehicle+applications.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+suspension+design+evolution+in+solar+cars.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Static+analysis+of+advanced+composites+for+the+optimal+design+of+an+experimental+lightweight+solar+vehicle+suspension+system.">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. , (2014).</li><li>de Camargo, F. V., Giacometti, M., Pavlovic, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+the+energy+efficiency+in+solar+vehicles+by+using+composite+materials+in+the+front+suspension.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redefining+the+motor+car.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lightweight+design+of+carbon+twill+weave+fabric+composite+body+structure+for+electric+vehicle.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Composite Materials: Design and Applications. , (2014).</li><li>Poodts, E., Panciroli, R., Minak, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+rules+for+composite+sandwich+wakeboards.">Design rules for composite sandwich wakeboards.</a> Composites Part B: Engineering. 44 (1), 628-638 (2013).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASTM D7264. Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASTM D2344. Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates. , (2015).</li><li>Rondina, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+full+carbon+wheels+for+sport+cars+with+high-volume+technology.">Development of full carbon wheels for sport cars with high-volume technology.</a> Composite Structures. 192, 368-378 (2018).</li><li>Sodena, P. D., Kaddourb, A. S., Hinton, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recommendations+for+designers+and+researchers+resulting+from+the+world-wide+failure+exercise.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Introduction+to+Sandwich+Construction.">An Introduction to Sandwich Construction.</a> Engineering Materials Advisory Services Ltd. , (1995).</li><li>Barbero, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Finite Element Analysis of Composite Materials Using AbaqusTM. , (2013).</li><li>Hashin, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Failure+Criteria+for+Unidirectional+Fiber+Composites.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double+Tapered+FRP+Beam+for+Automotive+Suspension+Leaf+Spring.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+and+optimization+of+composite+leaf+spring.">Analysis and optimization of composite leaf spring.</a> Composite Structures. 60, 317-325 (2003).</li><li>. 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>

Forfatterne ikke avsløre.

Tabell 1er det mulig å legge merke til at de eneste laminas ikke er symmetrisk, mens hele sandwich. Dette skyldes nødvendigheten av å ha både minst antall gass, teknologiske minimum og ønsket mekaniske egenskaper.
På den ene siden delen merket som 1/1b, 2, 3 i figur 7 er ansvarlig for mekaniske egenskaper, blir retningen på høy styrke forsterkning enveis lag Hovedforskjellen mellom dem. På den andre siden, delene er merket som A, B, C og D er endret for å ta hensyn til konsentrert laster av suspensjon og passasjerenes seter, på grunn av tilstedeværelsen av bladfjærer.
Finite element modellen brukes til analyse av sammensatte kabinettet er basert på en shell-topologi. Shell elementer er et egnet alternativ for gjengivelse kompositt-strukturer, som de pleier å fange bøying stivhet av tynne vegger organer med betydelig enklere nett enn solid elementer. På den annen side, bør ty til kontinuum skall eller solid elementer vurderes når modellering tykk sandwich strukturer eller regioner med bratte stress graderinger; en komparativ diskusjon om skall og kontinuum shell elementer tilbys24,25.
Hovedmålet med statisk analyse bekrefter at stivheten og styrke av strukturen oppfyller kravene. Stivhet krav gjennomføres direkte på at deformasjon av kjøretøyet under hver Last sak er innenfor grensene av reglene (dvs.ingen del av bilen trenger beboerne rom). Vurdering av strukturen styrke er basert på å vurdere Hashins skade26 av de sammensatte gass; nemlig, Hashins parametere må være strengt mindre enn 1. Skadelige modi bidrar til global svikt av sammensatt laminat, bruk av kumulativ skade kriterier (f.eksHashin's) anbefales; maksimal stress vilkår kan være egnet for metall.
Litteraturen har foreslått ulike løsninger for design optimalisering av lette kompositt bladfjærer, men de fleste av dem koble bare en enkelt hjul27,28 (ingen antiroll kapasitet) eller er kun egnet for infusjon mold teknologi (dobbel-konisk)29. Utformingen av blad våren her presenteres er begrenset en priori av prepreg laminering prosessen, som tillater ikke en dobbel-konisk designløsning men garanterer høy materiale styrke og stabilitet.
Det nyskapende aspektet av blad vår er funksjonell integrering av to komponenter i en (våren og antiroll bar) og Hovedfordelen er massen reduksjon. Videre takket være den foreslåtte analytiske modellen er det mulig å redusere massen og få optimal geometrien raskt for sette maksimal belastning og forskyvning.
Lokale stress og ut-av-plane de som kan bli verdsatt av den analytiske modellen, evalueres etter endelig element method, og blad våren sammensatt enkelt lagene er modellert med murstein elementer. Denne løsningen er beregningsmessig tyngre enn å bruke skjell men tillater, sammen med Hashin, 3D feil kriterier å forutsi delaminering forårsaket av ut-av-plane laster, som er en viktig del av blad våren. Til slutt, analytiske og numeriske modeller for design av blad våren er blitt godkjent av en eksperimentell test på et skalert blad våren.
Om krasjtest, relativt opphøyet forskyvning av roll buret, selv om det ikke representerer til bekymring, hovedsakelig tilskrives utformingen av en front bar. Formen noncurved og akutt måten der det er plassert, med ingen kurver og på en skarp vinkel med innvirkning retning, er ansvarlig for å overføre mesteparten av energien som bør bli absorbert av kabinettet til roll buret, som har en distinkt strukturelle mål . Derfor er roll buret skjøvet til baksiden av bilen, forårsaker en forhøyet stress på vedlegg distrikter til seter. Det er viktig å merke seg at til tross for av noen funksjoner som kan være potensielt forbedres, minimal deformasjon av selvbærende og det faktum at ingen komponenter trengt/perforert andre gjør det klart at utformingen av bilen regnes sikker om sin crashworthiness.
Derfor anses den strukturelle utformingen av bilen som helhet å ha blitt optimalisert med tanke materialbruk, hvor omfattende beregningen viste i protokollen er viktig for utformingen av en selvbærende og bladfjærer var skreddersydd for å være lys og presentere en forbedret mekanisk ytelse. Videre gjennom en numerisk crash test simulering, kjøretøy strukturen vist at det er vellykket tåle momentum utledes ved en full frontal innvirkning vurderer gjennomsnittlige hastigheten av bilen på sin optimale energisk effektivitet.

En solcelledrevet bil er en solar-drevet kjøretøy for landtransport. Den første solar bilen ble presentert i 1955: det var en liten 15-tommers modellen, består av 12 selen photovoltaic celler og en liten elektrisk motor1. Siden den vellykkede demonstrasjonen, har stor innsats blitt gjort verden å bevise muligheten for solenergi-bærekraftig mobilitet.
Utformingen av en solenergi bil2 er sterkt begrenset av mengden energi innspill til bilen, som er ganske begrenset i vanlige forhold. Noen prototyper har blitt designet for offentlig bruk, selv om ingen biler hovedsakelig drevet av solen er kommersielt tilgjengelige. Som et spørsmål om faktum, synes solenergi biler langt fra vanlig i hverdagen gitt sine nåværende grenser, spesielt når det gjelder pris, rekkevidde og funksjonalitet. Samtidig, de representerer en gyldig testbenken for utvikling av nye metoder, på nivåene av både design og produksjon, kombinere teknologi som vanligvis brukes i avanserte industrielle sektorer som luftfart, alternativ energi, og bilindustrien. Dessuten, er de fleste solenergi biler bygget for solar billøp, blazoned arrangementer over hele verden, deltakerne er hovedsakelig universiteter og forskningssentre som skryt forskning av optimale løsninger for hvert teknisk problem. Spesielt blitt arrangørene av de viktigste konkurransene (f.eksWorld Solar Challenge) vedta en strategi for utvikling av rase regelverket som mål å bringe disse ekstreme kjøretøy så nært som mulig til den mer tradisjonelle transportmidler. Spesielt etter mange år der biler var singel setere og utformet å reise ruten som raskt som mulig, emergent kategori av cruiser biler er nylig introdusert og utviklet for effektiv transport av flere passasjerer.
For disse kjøretøyene, har de tekniske kravene blitt enda strengere. Faktisk ikke bare har de garantere maksimal energieffektivitet, men de må også overholde mer komplekse tekniske forhold knyttet til ulike funksjonaliteter. For eksempel gjør muligheten for transport av et større antall beboerne det vanskeligere å garantere betingelsene for sikkerhet og drivability. Bestrebelse gjøres mer komplisert på grunn av den totale vekten øke og behovet for å sette inn en mye større akkumulator emballere, mens interne mellomrom må reduseres, gjør plasseringen av mekanikken vanskelig.
En ny designfilosofi må nærmet seg, inkludert et annet syn på bruk av materialer og produksjon. Først materialer velges basert på det høyeste styrke-til-vekt forholdet og, som en direkte konsekvens, karbon-forsterkede fiber plast representerer en optimal løsning. Videre skal bestemt krigslist i design gjennomføres.
I denne artikkel, er fremgangsmåtene å designe noen av de viktigste strukturelle delene av solenergi bilen, som selvbærende chassis, hjuloppheng og selv en beregningsorientert krasjtest avbildet. Endelig er å få raskt en solenergi bil med minst mulig vekt, i en avveining aerodynamikk og rase regler.
Selvfølgelig, etter den optimale materiell forholdet mellom motstand og vekt er begrenset av teknologien ansatt, som er autoklav forming av Karbonfiber prepregs. Målet med de utvalgte metodene er rask bestemmelse av den optimale materialvalg i ply typologi i en endelig rekke muligheter og i lay-up. Faktisk utforme komposittmaterialer innebærer samtidige valg av delene geometriske egenskaper, bestemte materialet og egnet teknologien (at, i tilfellet her var bestemt en priori, som ofte skjer).
Flere kjente langdistanse ytelse konkurranser for solar elektriske biler har blitt holdt over hele verden i de siste tiårene, topp-plassering universiteter og forskningssentre, som er de viktigste fremme agentene for utvikling av slike mobilitet teknologi. Men er konkurranseevnen som kjører i denne forskningsfelt i allianse med intellektuell eiendomsgrenser en alvorlig begrensende faktor for spredningen av kunnskap om saken. For grunn til gjennomgang på solenergi bil design kontoer få (og noen ganger outdated) henvisninger, selv når hele forskning er basert på denne undersøkelsen3, som er hvorfor realisering av verker som i dag er oppmuntret.
Uavhengig av hvilke aspekter av bilens design forbedres, et felles mål er alltid rettet mot: oppnåelse av flere energieffektivitet. Produktive endringer i design er ikke alltid basert på banebrytende teknologier, som de bare kan baseres på mekanikere som senke tyngdepunktet av kjøretøyet å øke sin stabilitet (som er spesielt viktig for konkurranser avholdes i ørkenen regioner4 på grunn av side vind vindkast5) eller redusere vekten av kjøretøy deler6-av som 10% av samlet vektreduksjon i elektriske biler kan antyde opptil 13.7% i energisparing7. Grundig energi ledelse strategier er også ofte brukt i kappløp for å sikre best mulig ytelse, hvor spennende maksimal hastighet på 130 km/t og enkelt tillegg som varte i over 800 km kan skaffes i cruiser-klasse biler8.
Studiet av bilens aerodynamikk5,9,10 er viktig å sikre lite motstand fra luften og glatthet under kjøring, der de viktigste aspektene skal kontrolleres er en reduksjon av luftmotstandskoeffisient til La bilen flytte mens du bruker mindre energi og heis koeffisient som må holdes negative garantere at bilen er trygt og stabilt knyttet til bakken, selv ved høyere hastigheter.
En annen viktig parameter utformes er Boggi systemet, som vanligvis brukes i vanlige biler med de eneste formålene å tilby komfort, stabilitet og sikkerhet, men i solar biler det må også være lys. Dette viktige aspektet har vært utforsket siden 199911 i studier med glassfiber bladfjærer og, mer nylig, med karbonfiber12 som, når den brukes å utgjøre wishbone koblinger13, har vist seg for å gi ikke bare vekt reduksjon, men også en forbedret sikkerhetsfaktor. Selv om dobbelt-wishbone suspensjon er utvilsomt oftere brukt i solenergi biler14, anser denne studien tverrgående blad våren bygget med karbonfiber, for det er en enklere og lettere bæresystem med redusert unsprung vekt.
For produksjon av chassis, bygging av en selvbærende struktur laget av karbonfiber har vist seg for å gi en betydelig gjennomførelse fordel, blir betingelsen uunnværlig design for fremste eksisterende4,8 ,15 solenergi bil lag. Bruk av karbonfiber er avgjørende for gjennomføringen av bilen, slik at lagene å bygge biler der hver strukturelle komponenter (eller ulike deler av den samme strukturen, som i kabinettet) har en optimal mengde fiber som er lagdelt i beregnet orientering. For at i dette arbeidet, materialet egenskaper har vurdert gjennom standardisert eksperimentelle tester, som tre-punkts bøying testen og interlaminar skjær styrke (ILS) testen.
For å sikre dimensjonale stabilitet under kur syklus, er vanligvis laget med vakuum bagging og autoklav molding4 på karbonfiber formene som i sin tur, er laminert på nettopp valset med høy tetthet skum eller aluminium mønstre. Fleste delene er konstituert av sandwich strukturer (dvs.med fiber på hud og ekstremt lett kjernen materialer som serverer å tillegge bøying motstanden mot sammensatt bærer en ekstremt lav vekt). I tillegg er karbon fiber også en fordel for tilbyr høyere vibrasjonen sikkerhet mot resonans fenomener12.
Sikte på å bekrefte sikkerheten av passasjerer i krasj hendelser, innebære kollisjonstester vanligvis tidkrevende og uøkonomisk, eksperimentelle og destruktive tester med eksempel kjøretøy. En ny trend som er stadig enorme popularitet er datamaskin-simulert crash testing, hvor disse simuleringene undersøke sikkerheten til bilen beboerne under forskjellige typer virkninger (f.eksfull frontal, offset frontal, side effekt og rulle over) . Gitt viktigheten av å utføre en krasj analyse på veien kjøretøy og muligheten for gjennom numerisk modellering, nåværende undersøkelsen tar sikte på å identifisere kritiske områder av solenergi bilen, i forhold til både maksimal stress og deformasjon, slik at en hypotese forbedring av strukturen.
Numerisk krasjtest på solar biler herved utført er enestående. Med tanke på mangelen på bibliografi på forskning og spesifikke bestemmelser for denne nyskapende solenergi bil, en tilpasning som vurderer virkningen av bilen på en rigid hindring på den gjennomsnittlige hastigheten ble antatt. For at geometri modellering av kjøretøyet og simulering (inkludert mesh Grunnloven og simulering oppsett) er utført på forskjellige riktig programvare. Bruk av karbonfiber bilens struktur er også rettferdiggjort ved virkemåten crashworthiness, som har allerede vist seg å være høyere enn andre materialer som glass fiber kompositter, på kollisjonstester elektriske biler16.

<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>Honeycomb</td>
			<td>DuPont</td>
			<td>Nomex 9-14 mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Universal Testing Machine (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>Numerical computing Enviroment</td>
			<td>Matworks</td>
			<td>Matlab R2018a</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

structural design and manufacturing of a cruiser class solar vehicle

Kryssere er flere beboer solar biler som er tenkt for å konkurrere i langtrekkende (over 3000 km) solar løp basert på det beste kompromisset mellom energiforbruket og nyttelast. De må følge rase i reglene om generelle dimensjoner, solpanel størrelse, funksjonalitet og sikkerhet og strukturell krav, mens figuren, materialer, drivverk, og mekanikken anses av designeren. I dette arbeidet finner du de mest relevante aspektene av strukturelle utformingen av full-karbon fiber-armert plast solar kjøretøy. Spesielt er protokollene som brukes for design av laminering sekvensen av kabinettet, bladfjærer strukturelle analyser og crash test numeriske simulering av kjøretøyet, inkludert sikkerhet buret, beskrevet. Kompleksiteten i designmetodikk fiber-armert kompositt-strukturer er kompensert av muligheten for skreddersy sine mekaniske egenskaper og optimalisere den totale vekten av bilen.

Lay-up av viktigste Chassis: Det endelige utfallet av protokollen er laminering sekvensen, også kalt ply boken. Mens load-distribusjoner og diagrammer av bøying øyeblikk og skjær force bestemmes av enkel solid mekanikk hensyn, er imidlertid et viktig punkt av protokollen evalueringen av de faktiske materialegenskaper. Faktisk, selv om mange av mengder av strukturelle designeren kan finnes i materialet datablad, kan produksjon fase og samspill med andre materialer endre mekanisk svaret råvarer. I denne delen vises den eksperimentelle set-up for tre-punkts bøying og ILS testene (se figur 5). Fra disse testene er det mulig å evaluere bøying styrke sandwich laminas og finne en nedre grense for skjæring styrke Nomex kjernen; representant stress-forskyvning kurver er vist i figur 6 for to forskjellige retninger på et vevd laminat. Videre er ILS avgjørende for å bestemme motstanden mot delaminering i kabinettet kantene, der sandwich blir en laminat.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig5.jpg"> Figur 5: mekanisk tester. Disse skjermbildene viser mekanisk tester av (A) tre-punkts bøying og (B) ILS. Prøvens form og lasting betingelsene vises. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig5large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig6.jpg"> Figur 6: typisk resultatet av tre-punkts bøying tester. Disse skjermbildene viser typisk resultatene av en tre-punkts bøying test for (A) [0/90]n gass og (B) [± 45]n gass. Understreker beregnet fra belastningen måles av Last cellen og forskyvningen måles svingeren innebygd i den teste maskinen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig6large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
Laminering sekvenser, definert sektor for sektor over kabinett mold, vises i figur 7. Detaljert spesifikasjon av laminering sekvensene er oppført i tabell 1. Tabellen er delt inn i tre faser av autoclave herding prosessen som utføres i rekkefølge, fra den ytterste lamina, så Nomex kjernen og lim, og til slutt den indre lamina.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig7.jpg"> Figur 7: resultat av utformingsprosessen. Alle områder er preget av en annen lay-up. Tallene og fargene definere de ulike regionene der chassis struktur deles, se tabell 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig7large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">Fase 1</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="5">p = 6 bar; t = 2t; T = 135 ° C</td>
		</tr>
<tr>
<td>SEQ.</td>
			<td>Sektor</td>
			<td>Vinkel</td>
			<td>n °</td>
			<td>Materiale</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 1.1</td>
			<td>Global</td>
			<td>+ 45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 1.2 (reinf)</td>
			<td>1</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>2</td>
			<td>90°</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>3</td>
			<td>+ 45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>1B</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 1.3 (reinf)</td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>2</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>C</td>
			<td>-45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>C</td>
			<td>+ 45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>A, B, C, D</td>
			<td>-45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>A, B, C, D</td>
			<td>+ 45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 1,4 (reinf)</td>
			<td>B</td>
			<td>0°</td>
			<td>2</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>A, D, C</td>
			<td>90°</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>A, D</td>
			<td>90°</td>
			<td>2</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 1.5 (reinf)</td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>D</td>
			<td>90°</td>
			<td>3</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>3</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 1.6</td>
			<td>Global</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="5">Fase 2</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="5">p = 1,5 tittellinjen. t = 2t; T = 1110 ° C</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 2.1</td>
			<td>Global</td>
			<td>/</td>
			<td>1</td>
			<td>Lim</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 2.2</td>
			<td>1, 2, 3</td>
			<td>/</td>
			<td>1</td>
			<td>Nomex 14 mm. 32Kg/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 2.3</td>
			<td>1B, D, 0</td>
			<td>/</td>
			<td>1</td>
			<td>Nomex 9 mm. 32Kg/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 2.4</td>
			<td>Global</td>
			<td>/</td>
			<td>1</td>
			<td>Lim</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="5">Fase 3</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="5">p = 6 bar; t = 2t; T = 135 ° C</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 3.1</td>
			<td>Global</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 3.2 (reinf)</td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>3</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>D</td>
			<td>90°</td>
			<td>3</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 3.3 (reinf)</td>
			<td>A, D</td>
			<td>90°</td>
			<td>2</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>A, D, C</td>
			<td>90°</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>B</td>
			<td>0°</td>
			<td>2</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 3.4 (reinf)</td>
			<td>A, B, C, D</td>
			<td>+ 45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>A, B, C, D</td>
			<td>-45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>C</td>
			<td>+ 45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>C</td>
			<td>-45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>D</td>
			<td>0°</td>
			<td>2</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 3,5</td>
			<td>1B</td>
			<td>0°</td>
			<td></td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>3</td>
			<td>-45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>2</td>
			<td>90°</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>1</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>UNI M46J</td>
		</tr>
<tr>
<td>P 3.6</td>
			<td>Global</td>
			<td>+ 45 °</td>
			<td>1</td>
			<td>satin T800</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 1: laminering sekvens av chassiset. Denne tabellen viser spesifikasjon av lay-up for de ulike delene av kabinettet, definert i figur 7. Den er delt inn i tre forskjellige laminering faser som utføres i rekkefølge.
Når strukturen av kabinettet bestemmes, Titan veltebur lagt etter rase i reglene20, og bestemte tallmessige tester kjøres motstanden av bilen som helhet, og det meste, fravær av inntrenging av nonstructural deler mot beboerne. I Figur 8retninger av effekt-tilsvarende statisk laster vises, og i figur 9 tilsvarende forskyvning kart kan evalueres. I denne fasen brukes bare en skjematisk geometri for beregning, mens komplett geometrien for den endelige bekreftelsen av krasjtest.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig8.jpg"> Figur 8: Crash tilsvarende statisk belastning retninger. I henhold til regelverket lastes kjøretøy strukturen av en statisk styrke lik 6 g ganger den totale massen i instruksjonene vises i bildet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig8large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig9.jpg"> Figur 9: kart over beregnede forskyvningene. Denne illustrasjonen viser et eksempel på forskyvningene beregnet i tilfeller definert i Figur 8. Forskyvningen må være lavere enn 25 mm i et område i nærheten av beboerne. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig9large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
Blad våren: Utfallet av protokollen er optimalisering av en sammensatt tverrgående blad våren med stabiliserings evnen. Designen har å møte ulike krav: en stress under det materiale-tillatte for maksimal belastning, en bestemt stivhet og en minimal vekt. For å møte alle disse kravene, vises en analytisk optimaliseringsmodell. Takket være modellen er det mulig å raskt få optimal geometri og konseptuelle lay-up. Nøyaktigheten av modellen er bekreftet av finite element method og en eksperimentell test på et 1/5-skalert blad våren. Skalert blad våren dobbel-støttes på center (som spenner over 100 mm) og lastet i endene tilsvarer hullene (som spenner over 190 mm) med 1000 N for hver side. Optimalisert geometri og lag-bok av blad våren er rapportert i Figur 10 og tabell 2, henholdsvis.
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig10.jpg"> Figur 10: optimalisert utvalg av blad våren geometrien. Denne illustrasjonen viser geometri skalert blad våren som testes for brudd for å validere numeriske modellen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig10large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td colspan="6">Autoclave herding</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="6">p = 6 bar; t = 2t; T = 135 ° C</td>
		</tr>
<tr>
<td>SEQ.</td>
			<td>Sektor</td>
			<td>Vinkel</td>
			<td>n °</td>
			<td>Tykkelsen</td>
			<td>Materiale</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>mm</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>Ender 10</td>
			<td>Ender 10</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>0,23</td>
			<td>TW T300 200g/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Alle 200</td>
			<td>Alle 200</td>
			<td>0°</td>
			<td>#</td>
			<td>1</td>
			<td>UD T1000 100gm/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Sentrale 125</td>
			<td>Sentrale 125</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>0,23</td>
			<td>TW T300 200g/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Sentrale 175</td>
			<td>Sentrale 175</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>0,23</td>
			<td>TW T300 200g/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Alle 200</td>
			<td>Alle 200</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>0,23</td>
			<td>TW T300 200g/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Sentrale 175</td>
			<td>Sentrale 175</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>0,23</td>
			<td>TW T300 200g/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Sentrale 125</td>
			<td>Sentrale 125</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>0,23</td>
			<td>TW T300 200g/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Alle 200</td>
			<td>Alle 200</td>
			<td>0°</td>
			<td>#</td>
			<td>1</td>
			<td>UD T1000 100gm/m ^ 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Ender 10</td>
			<td>Ender 10</td>
			<td>0°</td>
			<td>1</td>
			<td>0,23</td>
			<td>TW T300 200g/m ^ 2</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 2: laminering rekke blad våren. Denne tabellen viser spesifikasjon av lay-up for de ulike delene av blad våren.
Ifølge analytiske modellen bør blad våren har en maksimal forskyvning av 12.2 mm og utvikle maksimalt bøying stress 970 MPa, konstant mellom de to sentrale støtter.
Finite elementanalyse som beskrevet i trinn 2.7 av protokollen ble utført og resultatene rapporteres i Figur 11. Stress i viktigste retning <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/58525/58525eq50.jpg"> på den ytre overflaten av blad våren langs den viktigste aksen tegnes inn i diagrammet. Det er nesten konstant mellom span og lik 922 MPa, og deretter reduseres lineært mot belastning program poenget. Til tross for <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/58525/58525eq50.jpg"> blir langt under maksimum sammenntrykking spenningen av materialet (1,450 MPa), 3D Hashin feil kriteriet plottet i Figur 10 viser en sone med feil indeks over 1, som skyldes fiber (uthevet i rødt) og er knyttet til en brå endring i geometri for den eksterne UD ply gass, skyldes avbrudd av kjernen. Alle stund, er forskyvning beregnet av FEM på laste programmet poenget 12,8 mm.
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig11.jpg"> Figur 11: bøying numeriske simulering på blad våren endelig element modellen. Denne illustrasjonen viser resultatene av FEM simuleringen på skalert blad våren i forhold til Hashin svikt indeks og maksimal viktigste stress. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig11large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
For å bekrefte påliteligheten av analytiske og numeriske modeller, som foreslått av prosedyren, må skalert blad våren testes eksperimentelt. Resultatene, rapportert i grafen til Figur 12, viser en maksimal belastning før brudd på 1980 N (990 N for hver side), med en maksimal forskyvning 15,1 mm. Derfor i maksimal fortrengning, analytiske og numeriske modellen undervurdere den av-19% og -15%, henholdsvis. Interessant, feil måte og skade plasseringen observert på testet prøven (Figur 11) er enig med numerisk modell resultatene.
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig12.jpg"> Figur 12: fire-punkts bøying eksperimentell test på en nedskalert modell av blad våren. Denne illustrasjonen viser test oppsett og Last-forskyvning kurven for skalert blad våren. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig12large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
Crash Test: Finite elementanalyse kan produsere realistisk resultater for å støtte ingeniører forstå kjøretøy oppførsel under forskjellige krasj scenarier. Istedet for running virkelige forhold, er det mer tidkrevende og kostnadseffektiv å simulere bilulykker benytter kommersiell programvare som ANSYS. Presentere resultatene er et eksempel på hvordan disse simuleringene kan bidra til automotive engineering samfunnet.
Discretized endelig element modell av bilen presentert et antall elementer og noder av 79950 og 79822, henholdsvis. Som et første betingelse, det vedtatt en 60 km/t innvirkning hastighet, hvor den kinetiske energien til kjøretøyet redusert i ca 0,3 s (figur 13), konverteres til kontakt- og indre energi i bilen strukturen.
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig13.jpg"> Figur 13: Crash test energi diagrammer. Disse skjermbildene viser krasjtest energi diagrammer av (A) kinetisk energi og (B) indre energi. Diagrammene portrettere typisk energi flukser under en krasjhendelse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig13large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
Fra prøven stress kartet i figur 14Akan statusen integriteten kjøretøy vurderes. Dette er av avgjørende betydning å bestemme mulig skade på sikkerheten til passasjerene, som det ville være i en potensielt løsnet roll buret bar, avdeling av seter eller selv en forskyvning av baren styring mot sjåføren. Mest fremtredende forskyvningene i tilfelle vist i figur 14B består innen 95 mm, og skjer både foran bilen, sjokk, og i roll buret barer som er knyttet til setene.
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58525/58525fig14.jpg"> Figur 14: typisk konturene av maksimal tilsvarende stress og maksimal forskyvning i en frontal crash test Disse skjermbildene viser (A) tilsvarende stress og (B) forskyvning. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58525/58525fig14large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle at JoVE.com

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

I dette arbeidet knyttet flere aspekter til strukturelle designprosessen med en full-karbon fiber-armert plast solar kjøretøy er detaljert, med fokus på selvbærende kabinettet, bladfjærer, og bilen som helhet under en test.

Strukturelle Design og produksjon av en Cruiser klasse Solar kjøretøy

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 ...

Kryssere er multi-occupant solenergi kjøretøy unnfanget for å konkurrere i langdistanse solenergi løp som er basert på det beste kompromisset mellom energiforbruket og nyttelasten. De må overholde rasereglene om den totale dimensjonen, sikkerheten og de mekaniske kravene, mens det andre aspektet som form, materialer, drivlinje og mekanikken kan bestemmes av designerne. I dette arbeidet beskriver vi noen av de mest relevante aspektene ved den strukturelle designprosessen til et fullkarbonfiberforsterket plastsolkjøretøy.Protokollen som brukes for utformingen av lamineringssekvensen av chassiset, av bladfjærer strukturell analyse, og for krasjtestsimuleringen av kjøretøyet vises. Kompleksiteten i designmetodikken til fiberforsterkede komposittstrukturer kompenseres av muligheten for å skreddersy sine mekaniske egenskaper og optimalisere bilens totale vekt. Etter å ha utviklet en kandidat chassis design, lage en begrenset element shell modell.Importer kabinettdesignen til den begrensede elementmodelleringsprogramvaren. Under Materialer velger du fibertypen for å definere egenskapene til en enkeltkarbonfiberforsterket polymer. Velg elastisk virkemåte.Derfra må du kontrollere at ingeniørkonstantene er hensiktsmessige. Deretter viser du Hashin Damage-parameterne. Sørg for at de har de ønskede verdiene.Lukk ute av å angi materialegenskapene. Gå videre for å opprette en sammensatt layups-inndeling. Her er hver karbonfiberforsterket polymerply definert etter rekkefølge i sekvens, materiale, tykkelse og rotasjonsvinkel.Det neste trinnet er å velge Mesh for å tilordne distribusjonen av diskrete elementer. Kontroller parametrene til Global Mesh Seed. Velg Elementtype under Netting på nytt.Velg deretter et element i modellen. Bruk skallelementtypen. Velg den kvadrdomerte elementformen.Hvis timeglasseffekter er ubetydelige, velger du Redusert integrering. Fortsett å tilordne nettingelementer. Når du er klar til å generere nettet, gå tilbake til Mesh og velg del bekreft, det vil si OK, å mesh delen.Når nettet er fullført, kan du opprette en forekomst av kabinettet som laster og grensebetingelser skal brukes på under Montering. Gå til Trinn-mappen. Der velger du analyseprosedyren.Kontroller at prosedyren er definert som statisk. Kontroller også at den ikke-lineære geometriatferden er av. Nå går du til Laster for å begynne å bruke de foreskrevne lastene.Under Kroppskraft, angi komponentene og fordelingen for tyngdekraften eller konstant akselerasjon. Kraftretningen vises i vinduet med modellen. Deretter identifiserer du konsentrerte krefter, for eksempel de på grunn av beboerne.Kontroller at de påføres i riktige posisjoner på rammen. Følg de samme trinnene for de konsentrerte kreftene på grunn av bilbatteriene. Når lastene er angitt, bruker du grensebetingelsene.Vurder kabinettet som et støttet organ som ble påvirket av eksterne belastninger, og identifiser begrensningsplasseringene. Bruk festede grenseforhold. Hvis du vil definere utdataene, går du til Feltutgangsforespørsler.Gjør ønsket valg. Kontroller at domenet er sammensatt layup. Deretter, under Stresses, kontroller at utgangsvariablene er stresskomponenter og invarianter.Sjekk også under Feil/brudd. Der bør Hashin-utdata velges. Klikk OK når du er fornøyd.Begynn å definere en jobb under Analyse. Gi jobben et navn, og definer kilden til modellen. Når du har klikket Fortsett, tilpasser du innstillingene for datamaskinmiljøet om nødvendig.Velg å utføre en fullstendig analyse. Når det er fullført, OK endringene i vinduet. Høyreklikk på den opprettede jobben, og velg Send for å kjøre den.Bruk utgangen til å produsere en ply bok for en produsent. Designet inkorporerer en karbonfiber transversal blad våren for en enkel og lett suspensjon system med redusert uprøvd vekt. Bladfjærdesignet må evalueres som en del av den generelle prosessen.Simuler en optimalisert bladfjærdesign i ANSYS Workbench-den begrensede elementsimulatoren. I ACP Pre klikker du på Tekniske data. Velg deretter kategorien Tekniske datakilder.Gå til Sammensatte materialer-mappen, og importer standardegenskaper for karbon, enveis og vevd prepregs. Når du er ferdig, lukker du kategorien Tekniske datakilder. Deretter høyreklikker du på Geometri.Høyreklikk deretter på Importer geometri. Velg Bla gjennom for å finne og velge CAD-filen som representerer en fjerdedel av bladfjæren. Nå dobbeltklikker du på Modell.Når det nye vinduet vises, vil det vise bladfjærsegmentet. Velg filen under Modell. Tilordne en vilkårlig overflatetykkelse under Grafikkegenskaper.Høyreklikk på Modell for å velge Sett inn og derfra Navngitt valg. Bruk denne funksjonen til å definere en layup-sone ved å klikke på det uthevede Geometri-feltet, velge et område i modellen og bruke den. Gjenta dette for hver sone som kreves for modellen.Når du er ferdig, høyreklikker du på Mesh. Deretter klikker du på Generer mesh for å generere standardnettet. Lukk det mekaniske vinduet for å fortsette.Åpne Oppsett-vinduet i skjermbildet ACP Pre. Hvis du vil definere egenskapene for ply, går du til Material Data-mappen. I den høyreklikker du på Stoffer, og fortsett med å velge Lag stoff.I vinduet som åpnes, definerer du materialet. Deretter tilordner du prepreg tykkelsen. Deretter høyreklikker du på Stackups, og følger dette ved å velge Opprett stable.I det nye vinduet definerer du sub-laminatstablingssekvensen ved å gå til Rullegardinmenyen Stoffer og gjøre de nødvendige valgene for prosjektet. Gå videre til rosetter mappe alternativet, og høyreklikk på den for å lage en rosett. I vinduet klikker du på Origin og går til vårmodellen.Der klikker du langs bladfjæraksen for å definere elementet lokale koordinater. Lukk vinduet for å fullføre oppgaven. Gå til høyreklikk på Oriented Selection Set-mappen, og velg å opprette et utvalgssett.For et elementsett velger du først oppføringene og punktet. I geometrien klikker du på et vilkårlig punkt for å definere opprinnelsen. Også, under Rosetter, tildele riktig rosetta.Gjør dette for hvert av elementsettene. På dette tidspunktet åpner du mappen Modelleringsgrupper. Den definerte modelleringsgruppen vises.Hvis du vil opprette en modellgruppe, høyreklikker du på mappen og velger Opprett modelleringsgruppe. Klikk OK i det nye vinduet. Høyreklikk på den nye gruppen, og velg Opprett Ply. Definer et orientert utvalgssett, et lagmateriale og antall lag for hver side.Gjenta dette trinnet for hver gruppe med plies for å definere hele stablingssekvensen. Lukk ACP-vinduet. Dra Statisk strukturanalyse til arbeidsområdet fra verktøykassen.Dra deretter ACP Pre Setup til Modell i Statisk struktur, og velg Overfør heldekkende sammensatte data. Dobbeltklikk på Modell under Statisk struktur. Nå, bruk symmetri og begrensning grensebetingelser.Høyreklikk på Statisk strukturell, og velg Sett inn, etterfulgt av forskyvning. Deretter velger du den begrensede overflaten av geometrien. Begrens de riktige komponentene ved å sette dem til null.Følg samme prosedyre for kraften. Kontroller at de ønskede symmetriene respekteres. Klikk på Løs for å løse modellen som lineær strikk.Gå til verktøykassen på Prosjektskjematisk, og dra ACP Post til modell under ACP Pre. Dra den statiske strukturelle løsningen til Resultater under ACP Post. Dobbeltklikk deretter på Resultater under ACP Post.Hvis du vil opprette feilkriterier, høyreklikker du på Definisjon-menyen og velger Opprett feilkriterier. I vinduet som åpnes, velger du Hashin som feilkriterier. Velg Konfigurer, og sett dimensjonen for feilmodus til 3D.OK endringene for å gå tilbake til det første skjermbildet. Høyreklikk nå på Løsning-menyen for å velge Opprett feil. Velg ønsket feilkriterier i det nye vinduet.Merk også av for Vis på faste stoffer. OK endringene før du klikker på lynsymbolet for å evaluere feilkriterienes resultater. For simulering av en krasj, utvikle en komplett CAD-modell av kjøretøyet.Modellen bør omfatte alle de viktigste komponentene, styrings- og fjæringssystemene, batteriet, setene, rulleburet og monocoque. Fra denne CAD-modellen, opprett en halvbilmodell for å utnytte bilateral symmetri for å optimalisere beregninger. Start et nytt prosjekt i ANSYS-programvaren for begrenset elementsimulering.Gå til Eksplisitt dynamikk under Verktøykasse, Analysesystemer. Dra den inn i prosjektskjematisk. Dobbeltklikk på Tekniske data i det nye elementet.På den nye fanen, under Materialer, legg til nye materialer og navngi det tilsvarende, Carbon Fiber i dette tilfellet. Dra materialets nødvendige egenskaper fra verktøykassetreet. Sett inn verdier som er innhentet tidligere, inkludert de riktige enhetene under Verdier.Gå tilbake til kategorien Skjematisk for prosjekt. Høyreklikk deretter på geometrien under Eksplisitt dynamikk for å velge Importgeometri. Klikk på Bla gjennom, og last inn STP-filen med halvbilmodellen inn i modellmiljøet.Filen inneholder også barrieren for krasjtesten. Velg Netting i Prosjekt-treet. Gå til Fysikkpreferanse under Detaljer om mesh.Sett verdien til Eksplisitt. Deretter går du til Element Midside Nodes. Sett verdien til Falt.Nedenfor, under Størrelse, gå til Størrelsesfunksjon, og derfra velger du Krumning. Gå videre til Referansesenter, og velg Middels. Angi minimumselementstørrelsen på seks millimeter.Velg maksimal elementstørrelse som skal være 30 millimeter. Nå, under Project, angi begrensningsgrensebetingelsene ved å høyreklikke eksplisitt dynamikk. Velg Sett inn og deretter Fast støtte for å definere den stive barrieren for en kollisjon.Velg hvordan barrieren skal fikses. Velg deretter barrieren, og bruk valget. Gå tilbake til høyreklikk på Eksplisitt dynamikk, og velg Sett inn, etterfulgt av forskyvning.Bruk endringene. Endre Z-aksen fra fri til konstantverdien null. Klikk på Løs øverst i vinduet.Her er et eksempelkart som viser forskyvningene av kabinettet som følge av en 5G bakoverakselerasjon. Dette kartet kan brukes til å vurdere den strukturelle stivheten på et tidlig designstadium. Dette er den optimaliserte geometrien til bladfjæren.Begrenset elementanalyse av geometrien tillater beregning av feilindeksen i henhold til Hashin-feilkriterier. Det kan også bestemme stresset i stigma en retning på den ytre overflaten av bladet, langs hovedretningen. Den numeriske modellen valideres ved hjelp av en skalamodell testet for brudd.Denne videoen gjør det mulig å sette pris på utviklingen av stresset i kjøretøyet under en modellert 60 kilometer i timen innvirkning. Et eksempel stress kart gir et middel til å vurdere kjøretøyets integritet ved å bidra til å identifisere mulige feilpunkter som kan skade passasjerene. Et kart over forskyvninger fra begrenset elementanalyse for samme slaghastighet avslører den største oppstår på forsiden av kjøretøyet og i rulleburstengene som er festet til setene.De er et egnet alternativ til å reprodusere komposittstrukturer, da de kan simulere bøyestivheten til tynnvegglegemene med enklere nett enn de faste elementene. På den annen side, i bladfjæren, hvor de lokale påkjenningene ikke kan verdsettes av den analytiske modellen, evalueres av den begrensede elementmetoden, og bladkomposittlagene er modellert av mursteinselementene. Det er viktig å legge merke til at deformasjonen av monocoque er minimal under krasjhendelsene, og ingen komponenter trenger inn i den andre.Derfor er det mulig å si at utformingen på kjøretøyet er trygt. Ulike amerikanske modeller tjener for strukturell optimalisering av et solcelledrevet kjøretøy har blitt vist. Kjøretøyet viste seg å være effektivt og vant American Solar Challenge 2018 i sin kategori.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Energy Methods

SCIENTISTS IN ACTION

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Making Record-effektivitet SnS solceller av termisk fordampning og Atomic Layer Nedfall

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Eksperimenter på Ultralyd Smøring Ved hjelp av en piezoelektrisk assistert Tribometer og optisk profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Digitaltrykk av Titanium Dioxide for Dye Overfølsomme Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Monovalent Kasjon Doping av CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; For effektiv Perovskite solceller

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

In Situ Overvåking av akselerert ytelse degradering av solceller og moduler: en Case studie for Cu (i, Ga) Se2 solceller

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass ADG Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

Innendørs eksperimentelle vurdering av effektiviteten og Irradians flekk av akromatisk Doublet på Glass (ADG) Fresnel-linse for konsentrere solcellepanel

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

En 100 KW klassen brukes feltet Magnetoplasmadynamic Thruster

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in Cu(In,Ga)Se2 Thin-film Solar Cells

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in CuIn,GaSe2 Thin-film Solar Cells

Fabrikasjon av robust nanoskala kontakt mellom en Silver Nanowire elektrode og CD buffer lag i Cu (in, ga) se2 Thin-Film solceller

Silver nanowire transparent electrodes have been employed as window layers for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Bare silver nanowire electrodes ...

Fabrication and Design of Wood-Based High-Performance Composites

Fabrikasjon og tegning av tre-basert høy-gjennomførelse kompositter

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

Sprekk overvåking i resonans fatigue testing av sveiset prøver ved hjelp av digital image korrelasjon

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...