סיירות הן רכבים סולאריים מרובי דיירים הגה להתחרות במירוצים סולאריים ארוכי טווח המבוססים על הפשרה הטובה ביותר בין צריכת האנרגיה לבין המטען. הם חייבים לציית לכללי הגזע לגבי הממד הכולל, הבטיחות והדרישות המכניות, בעוד שההיבט השני כמו צורה, חומרים, powertrain, ואת המכניקה ניתן לקבוע על ידי המעצבים. בעבודה זו, אנו מפרטים כמה מההיבטים הרלוונטיים ביותר של תהליך התכנון המבני של רכב סולארי פלסטיק מחוזק סיבי פחמן מלא.
הפרוטוקול המשמש לעיצוב רצף למינציה של השלדה, של ניתוח מבני קפיצי העלה, ולסימולציית מבחן ההתרסקות של הרכב מוצגים. המורכבות של מתודולוגיית התכנון של מבנים מרוכבים מחוזקים בסיבים מתוגמלת על ידי האפשרות להתאים את המאפיינים המכניים שלהם ואופטימיזציה של המשקל הכולל של המכונית. לאחר פיתוח עיצוב מארז מועמד, צור דגם מעטפת אלמנט סופי.
יבא את עיצוב המארז לתוכנה סופית לעיצוב רכיבים. תחת חומרים, בחר את סוג הסיבים כדי להגדיר את המאפיינים של פולימר מחוזק בסיבים חד-פחמניים. בחר את אופן הפעולה האלסטי.
משם, תבדקו שההנדסה מתאימה. לאחר מכן, הצג את הפרמטרים נזק חשין. ודא שיש להם את הערכים הרצויים.
סגור מחוץ להגדרת מאפייני החומר. עבור כדי ליצור מקטע ליי-אפים מורכבים. כאן, כל פולימר מחוזק סיבי פחמן מוגדר על ידי סדר ברצף, חומר, עובי, וזווית הסיבוב.
השלב הבא הוא לבחור רשת שינוי כדי להקצות את ההתפלגות של רכיבים דיסקרטיים. בדוק את הפרמטרים של זרע רשת שינוי כללי. שוב, תחת רשת שינוי, בחר סוג רכיב.
לאחר מכן, בחר רכיב של המודל. השתמש בסוג רכיב המעטפת. בחר את צורת הרכיב הנשלטת על-ידי ארבעה.
אם אפקטי שעון חול הם זניחים, בחר שילוב מופחת. המשך להקצות רכיבי רשת שינוי. כאשר מוכן ליצור את רשת שינוי, לחזור רשת שינוי ולבחור חלק לאשר, כלומר, אישור, כדי לשנות את החלק.
לאחר השלמת רשת שינוי, תחת הרכבה, צור מופע של המארז שעליו יוחלו עומסים ותנאי גבול. עבור אל התיקיה שלבים. שם, בחר את הליך הניתוח.
ודא שההליך מוגדר כסטטי. כמו כן, ודא שהתנהגות הגיאומטריה הלא ליניארית כבויה. עכשיו, עבור אל עומסים כדי להתחיל ליישם את העומסים שנקבעו.
תחת כוח הגוף, הזן את הרכיבים ואת ההתפלגות עבור כוח הכבידה או תאוצה מתמדת. כיוון הכוח מוצג בחלון עם הדגם. לאחר מכן, זהה כוחות מרוכזים, כגון אלה בשל הדיירים.
ודא שהם מוחלים במיקומים הנכונים במסגרת. בצע את אותם שלבים עבור הכוחות המרוכזים בשל סוללות המכונית. לאחר הגדרת העומסים, החל את תנאי הגבול.
שקול את המארז כגוף נתמך עליו פועלים עומסים חיצוניים וזהה את מיקומי האילוץ. השתמש בתנאי גבול מוצמדים. כדי להגדיר את הפלט, עבור אל בקשות פלט שדה.
בצע את הבחירה הרצויה. ודא שהתחום הוא שכיבה ללא הפרדות צבע. לאחר מכן, תחת לחצים, ודא משתני הפלט הם רכיבי מתח ו invariants.
כמו כן, בדוק תחת כשל / שבר. שם, יש לבחור את נתוני הפלט של Hashin. לחץ על אישור כאשר אתה מרוצה.
תחת ניתוח, התחל להגדיר משימה. תן שם ל המשימה והגדר את מקור המודל. לאחר לחיצה על המשך, התאם אישית את ההגדרות עבור סביבת המחשב במידת הצורך.
בחר לבצע ניתוח מלא. לאחר השלמת פעולה זו, אישור השינויים בחלון. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המשימה שנוצרה ובחר שלח כדי להפעיל אותה.
השתמש בפלט כדי להפיק ספר ג'לי עבור יצרן. העיצוב משלב קפיץ עלים רוחביים מסיבי פחמן למערכת מתלים פשוטה וקלה עם משקל מופחת. עיצוב קפיץ העלה צריך להיות מוערך כחלק מהתהליך הכולל.
הדמיית עיצוב קפיץ עלים ממוטב בסימולטור הרכיבים הסופיים של ANSYS Workbench. בתוך ACP Pre, לחץ על נתוני הנדסה. לאחר מכן, בחר בכרטיסיה מקורות נתונים הנדסיים.
עבור אל התיקיה חומרים מורכבים, וייבא את מאפייני החומרים המוגדרים כברירת מחדל עבור פחמן, חד-כיווני וארוג. כאשר תסיים, סגור את הכרטיסיה מקורות נתונים הנדסיים. לאחר מכן, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על גיאומטריה.
לאחר מכן, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על ייבוא גיאומטריה. בחר עיון כדי לחפש ולבחור את קובץ ה- CAD המייצג רבע מהעלה. עכשיו, לחץ פעמיים על מודל.
כאשר החלון החדש מופיע, הוא יציג את קטע קפיץ העלה. בחר את הקובץ תחת מודל. תחת מאפייני גרפיקה, הקצה עובי משטח שרירותי.
לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על מודל כדי לבחור הוסף משם בחירה בעלת שם. השתמש בפונקציה זו כדי להגדיר אזור layup על-ידי לחיצה על השדה הגיאומטרי המסומן, בחירת אזור במודל והחלתו. חזור על פעולה זו עבור כל אזור הנדרש עבור המודל.
כשתסיים, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על רשת שינוי. לאחר מכן, לחץ על צור רשת שינוי כדי ליצור את רשת שינוי ברירת המחדל. סגור את החלון המכני כדי להמשיך.
במסך ACP Pre, פתח את חלון ההתקנה. כדי להגדיר את מאפייני ה- ply, עבור אל התיקיה נתוני חומרים. בתוכו, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על בדים, והמשך על-ידי בחירה באפשרות צור בד.
בחלון שנפתח, הגדר את החומר. לאחר מכן, הקצה את עובי ההכנה. לאחר מכן, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על ערימות ובצע זאת על-ידי בחירה באפשרות צור ערימה.
בחלון החדש, הגדר את רצף הערימה תת למינציה על ידי הולך לתפריט הנפתח בדים ו ביצוע הבחירות הדרושות עבור הפרויקט. עבור אל אפשרות התיקיה Rosettes, ולחץ עליה באמצעות לחצן העכבר הימני כדי ליצור רוזט. בחלון, לחץ על מקור ולעבור לדגם האביב.
שם, לחץ לאורך ציר קפיץ העלה כדי להגדיר את הקואורדינטות המקומיות אלמנט. סגור את החלון כדי להשלים את המשימה. עבור אל לחיצה באמצעות לחצן העכבר הימני על התיקיה ערכת בחירה מוכוונת ובחר ליצור ערכת בחירה.
עבור ערכת רכיבים, בחר תחילה את הערכים והנקודה. בגיאומטריה, לחץ על נקודה שרירותית כדי להגדיר את המקור. כמו כן, תחת רוזטס, להקצות את רוזטה המתאים.
בצע פעולה זו עבור כל אחת מערכות הרכיבים. בשלב זה, פתח את התיקיה קבוצות מידול. קבוצת הדוגמנות המוגדרת מופיעה.
כדי ליצור קבוצת מידול, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על התיקיה ובחר צור קבוצת מידול. בחלון החדש, לחץ על אישור. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הקבוצה החדשה ובחר צור Ply. הגדירו ערכת בחירה מוכוונת, חומר רובד ומספר השכבות לכל רובד.
חזור על שלב זה עבור כל קבוצה של plies כדי להגדיר את רצף הערימה המלא. סגור את חלון ACP. מתוך ארגז הכלים, גרור ניתוח סטטי מבני אל סביבת העבודה.
לאחר מכן, גררו את ACP Pre Setup למודל במבני סטטי ובחרו 'העבר נתונים מורכבים מלאים'. לחץ פעמיים על מודל תחת מבנה סטטי. עכשיו, להחיל סימטריה ותנאי גבול אילוץ.
לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על מבנה סטטי ובחר הוסף ולאחר מכן הוסף. לאחר מכן, בחר את המשטח המוגבל של הגיאומטריה. הגבלת הרכיבים המתאימים על-ידי הגדרתם כאפס.
בצע את אותו הליך עבור הכוח. תבדקו שהסימטריות הרצויות מכובדות. לחץ על לפתור כדי לפתור את המודל כמו אלסטי ליניארי.
בשרטוט הפרוייקט, עבור אל ארגז הכלים וגרור את ACP Post אל מודל תחת ACP Pre. גרור את הפתרון המבני הסטטי לתוצאות תחת ACP Post. לאחר מכן, לחץ פעמיים על תוצאות תחת ACP Post.
ליצירת קריטריוני כשל, לחצו לחיצה ימנית בתפריט 'הגדרה' ובחרו 'צור קריטריוני כשל'. בחלון שנפתח, בחר Hashin כקריטריוני הכשל. בחרו 'קביעת תצורה' והגדירו את ממד מצב הכשל ל-3D.
אישור השינויים כדי לחזור למסך ההתחלתי. כעת, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על תפריט פתרון כדי לבחור באפשרות צור כשל. בחלון החדש, בחר את קריטריוני הכשל הרצויים.
כמו כן, סמן את התיבה הצג על מוצקים. אישור השינויים לפני לחיצה על סמל הברק כדי להעריך את תוצאות קריטריוני הכשל. לסימולציה של התרסקות, לפתח מודל CAD שלם של הרכב.
הדגם צריך לכלול את כל הרכיבים העיקריים, מערכות היגוי ומתלים, סוללה, מושבים, כלוב רול ומונוקו. מדגם CAD זה, צור דגם של חצי מכונית כדי לנצל סימטריה דו-צדדית כדי לייעל את החישובים. התחל פרוייקט חדש בתוכנת הדמיית הרכיבים הסופיים של ANSYS.
תחת ארגז כלים, מערכות ניתוח, עבור אל דינמיקה מפורשת. גרור אותו לתוך סכמטי הפרוייקט. ברכיב החדש, לחץ פעמיים על נתוני הנדסה.
בכרטיסיה החדשה, תחת חומרים, להוסיף חומרים חדשים שם זה בהתאם, סיבי פחמן במקרה זה. גרור את המאפיינים הדרושים של החומר מעץ ארגז הכלים. תחת ערכים, הוסף ערכים שהושגו בעבר, כולל היחידות המתאימות להם.
חזור ללשונית סכמטי הפרוייקט. לאחר מכן, תחת דינמיקה מפורשת, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הגיאומטריה כדי לבחור ייבוא גיאומטריה. לחץ על עיון, טען את קובץ STP עם דגם חצי המכונית לסביבת הדגם.
הקובץ כולל גם את המחסום למבחן ההתרסקות. בתוך עץ הפרוייקט, בחר רשת שינוי. תחת פרטים של רשת, עבור להעדפת הפיזיקה.
הגדר את הערך כמפורש. לאחר מכן, עבור אל אלמנט מידסייד צמתים. הגדר את הערך שלו כ'הושמט'.
להלן, תחת שינוי גודל, עבור אל פונקציית גודל, משם בחר עקמומיות. עבור אל מרכז ההפניות ובחר בינוני. הגדר את גודל הרכיב המינימלי בשישה מילימטרים.
בחר את גודל הרכיב המרבי ל- 30 מילימטרים. כעת, תחת פרוייקט, הגדר את תנאי גבול האילוץ על-ידי לחיצה באמצעות לחצן העכבר הימני על הדינמיקה המפורשת. בחר הוסף ולאחר מכן תמיכה קבועה כדי להגדיר את המחסום הנוקשה להתנגשות.
בחר כיצד יש לתקן את המחסום. לאחר מכן, בחר את המחסום והחל את הבחירה. חזור ללחיצה באמצעות לחצן העכבר הימני על דינמיקה מפורשת ובחר הוסף ולאחר מכן הוסף.
החל את השינויים. שנה את ציר Z מהערך הפנוי לערך הקבוע של אפס. בחלק העליון של החלון, לחץ על פתור.
הנה מפת מדגם המציגה את התזוזות של המארז הנובעות מהאצה לאחור של 5G. מפה זו יכולה לשמש כדי להעריך את הנוקשות המבנית בשלב עיצוב מוקדם. זוהי הגיאומטריה האופטימית של קפיץ העלים.
ניתוח אלמנט סופי של הגיאומטריה מאפשר חישוב של מדד הכשל על פי קריטריוני הכישלון של חשין. זה יכול גם לקבוע את הלחץ בסטיגמה כיוון אחד על פני השטח החיצוניים של העלה, לאורך הכיוון העיקרי שלה. המודל המספרי מאומת באמצעות מודל קנה מידה שנבדק לשבר.
סרטון זה מאפשר להעריך את התפתחות הלחץ ברכב במהלך פגיעה של 60 קמ"ש. מפת מתח לדוגמה מספקת אמצעי להערכת תקינות הרכב על ידי סיוע בזיהוי נקודות כשל אפשריות שיכולות לפגוע בנוסעים. מפה של תזוזות מניתוח אלמנטים סופיים לאותה מהירות פגיעה חושפת את ההתרחשות הגדולה ביותר בחזית הרכב ובפסי הכלוב המחוברים למושבים.
הם אופציה מתאימה של שכפול מבנים מרוכבים, כפי שהם יכולים לדמות את הנוקשות כיפוף של גופים דקים עם רשת פשוטה יותר מאשר אלמנטים מוצקים. מצד שני, באביב העלה, שבו הלחצים המקומיים לא ניתן להעריך על ידי המודל האנליטי, מוערכים על ידי שיטת היסוד הסופי, ואת שכבות מרוכבים עלה הם מודל על ידי אלמנטים לבנים. חשוב לשים לב כי במהלך אירועי ההתרסקות, עיוות המונוקו הוא מינימלי, ואין רכיבים לחדור את השני.
לכן, ניתן לומר כי העיצוב על הרכב הוא בטוח. דגמים אמריקאים שונים משמשים לאופטימיזציה מבנית של רכב סולארי הוכחו. הרכב הוכיח את עצמו כיעיל וזכה באתגר השמש האמריקאי 2018 בקטגוריה שלו.
