الطرادات هي المركبات الشمسية متعددة الركاب تصور للتنافس في سباقات الطاقة الشمسية على المدى الطويل التي تقوم على أفضل حل وسط بين استهلاك الطاقة والحمولة. يجب أن تمتثل لقواعد السباق فيما يتعلق البعد العام، والسلامة، والمتطلبات الميكانيكية، في حين أن الجانب الآخر مثل الشكل والمواد، وتوليد القوة، والميكانيكا يمكن تحديدها من قبل المصممين. في هذا العمل، ونحن بالتفصيل بعض الجوانب الأكثر أهمية من عملية التصميم الهيكلي للمركبة الشمسية البلاستيكية الألياف الكربونية الكاملة.
البروتوكول المستخدم لتصميم تسلسل التصفيح للهيكل، من الينابيع ورقة التحليل الهيكلي، وحادثة اختبار تحطم السيارة تظهر. يتم تعويض تعقيد منهجية التصميم من الهياكل المركبة الألياف المعززة من خلال إمكانية تكييف خصائصها الميكانيكية وتحسين الوزن العام للسيارة. بعد تطوير تصميم هيكل مرشح، قم بإنشاء نموذج قذيفة عنصر محدود.
استيراد تصميم الهيكل إلى برنامج تصميم العناصر المحدودة. ضمن المواد، حدد نوع الألياف لتحديد خصائص بوليمر أحادي الكربون مقوي بالألياف. اختيار السلوك مرونة.
من هناك، تحقق من أن الثوابت الهندسية مناسبة. بعد ذلك، عرض معلمات Damage Hashin. تأكد من أن لديهم القيم المطلوبة.
إغلاق خارج إعداد خصائص المواد. الانتقال إلى إنشاء مقطع Layups مركب. هنا، يتم تعريف كل ألياف الكربون عززت البوليمر ply من قبل النظام في تسلسل، المادة، سمك، وزاوية دوران.
الخطوة التالية هي تحديد شبكة لتعيين توزيع عناصر منفصلة. تحقق من معلمات "البذور شبكة العالمية". مرة أخرى، ضمن شبكة، حدد نوع العنصر.
ثم حدد عنصر من الطراز. استخدم نوع عنصر shell. اختر شكل العنصر الذي يهيمن عليه رباعي.
إذا كانت تأثيرات الساعة الرملية لا تذكر، حدد تكامل مخفض. متابعة تعيين عناصر شبكة. عندما تكون على استعداد لتوليد شبكة، والعودة إلى شبكة وحدد جزء تأكيد، وهذا هو، حسنا، للشبكة الجزء.
بمجرد اكتمال الشبكة، ضمن التجميع، قم بإنشاء مثيل للهيكل الذي سيتم تطبيق الأحمال وشروط الحدود عليه. انتقل إلى مجلد الخطوات. هناك، حدد إجراء التحليل.
تأكد من أن الإجراء هو تعريف ثابت. أيضاً، تحقق من أن سلوك هندسة غير الخطية هو إيقاف التشغيل. الآن، انتقل إلى الأحمال للبدء في تطبيق الأحمال المنصوص عليها.
تحت قوة الجسم، أدخل المكونات والتوزيع للجاذبية أو التسارع المستمر. يظهر اتجاه القوة في النافذة مع النموذج. بعد ذلك، تحديد القوات المركزة، مثل تلك التي بسبب شاغليها.
تحقق من أنها يتم تطبيقها في المواضع الصحيحة على الإطار. اتبع نفس الخطوات للقوات المركزة بسبب بطاريات السيارات. بعد تعيين الأحمال، تطبيق شروط الحدود.
النظر في الهيكل كهيئة معتمدة تعمل على الأحمال الخارجية، وتحديد المواقع قيد. استخدام شروط الحدود المثبتة. لتعريف الإخراج، انتقل إلى "طلبات إخراج الحقل".
قم بإجراء التحديد المطلوب. تحقق من أن المجال هو وضع مركب. ثم، تحت الضغوط، تحقق من متغيرات الإخراج هي مكونات الإجهاد وثوابت.
أيضا، تحقق تحت فشل / كسر. هناك، يجب تحديد بيانات إخراج Hashin. انقر فوق موافق عند الرضا.
تحت التحليل، ابدأ في إعداد وظيفة. قم بتسمية الوظيفة، ثم تعريف مصدر الطراز. بعد النقر فوق متابعة، تخصيص الإعدادات لبيئة الكمبيوتر إذا لزم الأمر.
اختر إجراء تحليل كامل. عند اكتمال ذلك، موافق التغييرات في الإطار. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الوظيفة التي تم إنشاؤها، واختر إرسال لتشغيلها.
استخدام الإخراج لإنتاج كتاب بعيّن لمصنع. يتضمن التصميم ربيع أوراق عرضية من ألياف الكربون لنظام تعليق بسيط وخفيف مع وزن غير منقّم منخفض. يجب تقييم تصميم الربيع ورقة كجزء من العملية الشاملة.
محاكاة تصميم الربيع ورقة محسنة في محاكي عنصر محدد ANSYS منضدة. داخل ACP Pre، انقر على البيانات الهندسية. ثم حدد علامة التبويب مصادر البيانات الهندسية.
انتقل إلى مجلد المواد المركبة، ثم قم باستيراد خصائص المواد الافتراضية الخاصة بالكربون، أحادي الاتجاه، والمنسوجة. عند الانتهاء، قم بإغلاق علامة التبويب مصادر البيانات الهندسية. بعد ذلك ، انقر بزر الماوس الأيمن على الهندسة.
ثم انقر بزر الماوس الأيمن على هندسة الاستيراد. حدد استعراض للبحث عن واختيار ملف CAD الذي يمثل ربع ربيع الأوراق. الآن، انقر نقراً مزدوجاً فوق النموذج.
عند ظهور الإطار الجديد، سيعرض شريحة الربيع ورقة. حدد الملف ضمن الطراز. ضمن خصائص الرسومات، قم بتعيين سمك سطح عشوائي.
انقر بزر الماوس الأيمن فوق النموذج لتحديد إدراج ومن هناك تحديد مسمى. استخدم هذه الدالة لتحديد منطقة وضع عن طريق النقر فوق حقل الهندسة المميزة، وتحديد منطقة في الطراز وتطبيقها. كرر هذا لكل منطقة مطلوبة للنموذج.
عند الانتهاء، انقر بزر الماوس الأيمن على Mesh. ثم، انقر على إنشاء شبكة لإنشاء شبكة الافتراضية. أغلق الإطار الميكانيكي للمتابعة.
في شاشة Pre ACP، افتح إطار الإعداد. لتعريف خصائص ply، انتقل إلى مجلد "بيانات المواد". داخله ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق الأقمشة ، والمضي قدما عن طريق تحديد إنشاء النسيج.
في النافذة التي تفتح، حدد المادة. ثم، تعيين سمك prepreg. بعد ذلك ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق Stackups ، واتبع هذا عن طريق تحديد إنشاء مكدس.
في النافذة الجديدة، حدد تسلسل التراص الفرعي بالصفح من خلال الذهاب إلى القائمة المنسدلة الأقمشة وإجراء التحديدات اللازمة للمشروع. انتقل إلى خيار مجلد Rosettes ، وانقر بزر الماوس الأيمن فوقه لإنشاء وردة. في النافذة، انقر على الأصل والانتقال إلى نموذج الربيع.
هناك، انقر فوق محور الربيع ورقة لتحديد العنصر الإحداثيات المحلية. إغلاق الإطار لإكمال المهمة. انتقل إلى انقر بزر الماوس الأيمن فوق المجلد "مجموعة التحديدات المنحى"، واختر إنشاء مجموعة تحديد.
بالنسبة لمجموعة العناصر، حدد أولاً الإدخالات والنقطة. في الهندسة، انقر على نقطة عشوائية لتحديد الأصل. أيضا، تحت روزيت، تعيين روزيتا المناسبة.
القيام بذلك لكل من مجموعة العناصر. عند هذه النقطة، افتح المجلد مجموعات النمذجة. تظهر مجموعة النمذجة المعرفة.
لإنشاء مجموعة تصميم، انقر بزر الماوس الأيمن فوق المجلد واختر إنشاء مجموعة تصميم. في الإطار الجديد، انقر فوق موافق. انقر بزر الماوس الأيمن فوق المجموعة الجديدة، وحدد إنشاء Ply. تحديد مجموعة التحديد الموجهة ، والمواد ply ، وعدد من طبقات لكل ply.
كرر هذه الخطوة لكل مجموعة من plies لتحديد تسلسل التراص الكامل. إغلاق إطار ACP. من مربع الأدوات، اسحب تحليل الهيكلية الثابتة إلى مساحة العمل.
ثم، اسحب ACP Pre Setup إلى نموذج في الهيكلية الثابتة، وحدد نقل بيانات مركب خالص. انقر نقراً مزدوجاً فوق النموذج ضمن الهيكلية الثابتة. الآن، تطبيق التناظر وشروط حدود القيد.
انقر بزر الماوس الأيمن فوق الهيكلية الثابتة، وحدد إدراج، متبوعاً بـ "إزاحة". بعد ذلك، حدد السطح المقيد للهندسة. تقييد المكونات المناسبة بواسطة تعيينها إلى صفر.
اتبع نفس الإجراء للقوة. تأكد من احترام التماثلات المطلوبة. انقر على حل لحل نموذج كما مرونة خطية.
في Project التخطيطي، انتقل إلى مربع الأدوات واسحب ACP Post إلى نموذج تحت ACP Pre. اسحب الحل الهيكلي الثابت إلى النتائج تحت ACP Post. ثم، انقر نقراً مزدوجاً على النتائج تحت ACP بوست.
لإنشاء معايير الفشل، انقر بزر الماوس الأيمن على القائمة تعريف واختر إنشاء معايير الفشل. في النافذة التي تفتح، حدد "هاشين" كـ "معايير الفشل". حدد تكوين، وقم بتعيين بعد وضع الفشل إلى 3D.
موافق التغييرات للعودة إلى الشاشة الأولية. الآن، انقر بزر الماوس الأيمن على قائمة الحل لتحديد إنشاء فشل. في النافذة الجديدة، حدد معايير الفشل المطلوبة.
أيضا، تحقق من إظهار على المواد الصلبة مربع. موافق التغييرات قبل النقر على رمز البرق لتقييم نتائج معايير الفشل. لمحاكاة حادث تحطم الطائرة، وتطوير نموذج كندي كامل للسيارة.
وينبغي أن يشمل النموذج جميع المكونات الرئيسية, نظم التوجيه والتعليق, البطارية, المقاعد, قفص لفة, ومونوكوك. من هذا النموذج CAD, إنشاء نموذج نصف سيارة لاستغلال التماثل الثنائي من أجل تحسين الحسابات. بدء مشروع جديد في برنامج محاكاة العنصر المحدود ANSYS.
ضمن مربع الأدوات، أنظمة التحليل، انتقل إلى Dynamics Explicit. اسحبه إلى Project التخطيطي. في العنصر الجديد، انقر نقراً مزدوجاً فوق البيانات الهندسية.
في علامة التبويب الجديدة، تحت المواد، إضافة مواد جديدة وتسمية وفقا لذلك، ألياف الكربون في هذه الحالة. اسحب الخصائص المطلوبة للمواد من شجرة مربع الأدوات. ضمن قيم، إدراج القيم التي تم الحصول عليها مسبقاً، بما في ذلك الوحدات المناسبة الخاصة بهم.
العودة إلى علامة التبويب Project التخطيطي. ثم، ضمن Dynamics Explicit، انقر بزر الماوس الأيمن فوق الهندسة لتحديد استيراد الهندسة. انقر فوق استعراض، ثم تحميل الملف STP مع نموذج نصف سيارة في بيئة النموذج.
يتضمن الملف أيضاً حاجز اختبار التعطل. داخل شجرة المشروع، حدد شبكة. تحت تفاصيل شبكة، انتقل إلى تفضيل الفيزياء.
تعيين القيمة إلى Explicit. ثم انتقل إلى العقد منتصف الجانب العنصر. تعيين قيمته إلى إسقاط.
أدناه، تحت التحجيم، انتقل إلى وظيفة الحجم، ومن هناك حدد التقوس. الانتقال إلى مركز المراجع، وحدد متوسط. تعيين حجم العنصر الحد الأدنى في ستة ملليمترات.
اختر حجم العنصر الأقصى ليكون 30 ملليمتر. الآن، ضمن Project، قم بتعيين شروط حدود القيد بالنقر بزر الماوس الأيمن على Dynamics Explicit. حدد إدراج ثم دعم ثابت لتحديد حاجز جامد لاصطدام.
اختر كيفية إصلاح الحاجز. ثم حدد الحاجز، ثم تطبيق الاختيار. ارجع إلى النقر بزر الماوس الأيمن فوق Dynamics الصريحة، وحدد إدراج، متبوعاً بـ "النزوح".
تطبيق التغييرات. تغيير المحور Z من حرة إلى القيمة الثابتة من صفر. في الجزء العلوي من النافذة، انقر على Solve.
هنا خريطة عينة تبين حالات الإزاحة للهيكل الناتجة عن تسارع 5G إلى الوراء. يمكن استخدام هذه الخريطة لتقييم صلابة الهيكلية في مرحلة التصميم المبكر. هذه هي الهندسة الأمثل لربيع الأوراق.
تحليل العنصر المحدود للهندسة يسمح بحساب مؤشر الفشل وفقا لمعايير فشل هاشين. هو يستطيع أيضا حدّد الإجهاد في الوصمة واحدة واحدة اتّجاه على السطح خارجيّة من الورقة, على طول اتّجاهه رئيسيّة. يتم التحقق من صحة النموذج العددي باستخدام نموذج مقياس تم اختباره على الكسر.
هذا الفيديو يجعل من الممكن أن نقدر تطور الإجهاد في السيارة خلال تأثير على غرار 60 كيلومترا في الساعة. توفر خريطة الإجهاد عينة وسيلة لتقييم سلامة السيارة من خلال المساعدة في تحديد نقاط الفشل المحتملة التي يمكن أن تضر الركاب. خريطة من النزوح من تحليل العناصر المحدودة لنفس سرعة التأثير يكشف عن أكبر يحدث في الجزء الأمامي من السيارة وفي أشرطة قفص لفة التي تعلق على المقاعد.
فهي خيار مناسب لإعادة إنتاج الهياكل المركبة، لأنها يمكن محاكاة صلابة الانحناء من الهيئات رقيقة الجدار مع شبكة أبسط من العناصر الصلبة. من ناحية أخرى ، في الربيع ورقة ، حيث لا يمكن تقدير الضغوط المحلية من قبل النموذج التحليلي ، ويتم تقييمها من قبل طريقة العنصر المحدود ، ويتم على غرار طبقات ورقة مركب من عناصر الطوب. من المهم أن نلاحظ أنه خلال أحداث التحطم ، فإن تشوه أحادية الكcoque هو الحد الأدنى ، ولا تخترق أي مكونات الأخرى.
لذلك، فمن الممكن أن نقول أن التصميم على السيارة آمنة. وقد أظهرت نماذج أمريكية مختلفة لتحسين الهيكلية من السيارة التي تعمل بالطاقة الشمسية. أثبتت السيارة كفاءتها وفازت في تحدي الطاقة الشمسية الأمريكي 2018 في فئتها.
