Kogakuin大学太阳能团队

为了获得车身的最大性能，有必要对碳纤维增强聚合物（CFRP）车身进行优化，并完全再现机翼的形状和厚度，以获得重量轻、刚度高的车身。牵牛星超级工程是实现这一点不可或缺的。

除了协助团队进行技术交流外，Altair Hyperwworks作为在合作公司指导下研究复合材料的通信工具。

CFRP车身结构和层压计划

通过使用Altair HyperWorks形成碳纤维来制造体。使用结构的布局和光束加固来确定CFRP（1K，3K，UD：Uni方向等），方向（90度和45度），尺寸，CF和蜂窝厚度。结构和层压计划由重复优化过程决定（见图2.）。

图。图4示出了层压计划中的刚性分析的示例。当将负载施加到两个前轮时，后轮房屋在开口的方向上变形。此分析有助于添加连接左轮房屋的结构。为了使重量低于确保所需的刚度，蜂窝厚度在单胶种的每个位置不同。制造后仅CFRP零件的最终重量约为45千克，表示可以实现极低的重量和高刚性。

极薄机翼层压平面图

车身设计中的主要问题是安装在用作太阳能电池的顶部的机翼的层压。为了检查轻质，极薄，高刚性机翼的配置，使用Altair HyperMesh™和Altair OptiStruct™进行结构分析。

设计的独特方面是通过确定空气动力和用作输入负载来执行分析。在检查机翼的层压结构期间，清楚地识别了机翼接收的空气动力力，而太阳能汽车以130 km / h的速度运行。根据分析中确定的应力和变形来计划适当的层压结构。

至于刚性分析，在增强件中使用具有几种图案或双层高弹性UD（单向，单向纤维）的多种图案的模型。当准备梁的位置差异时，也使用它们。检查机翼的变形量和应力积累的位置。虽然图2中所示的双层加强梁。5具有最少的位移，重量最高1千克。即使使用这种层压结构，当汽车以100km / h以上的速度跑步时施加的力也不足以损坏机翼。重新检查层压结构以解决控制高速区域中机翼振动所需的变形抑制。

图5中所示的分析结果显示在左侧和右预留之间的压力累积。这是因为当机翼由于风而下降时，在枢轴点处的停留时发生变形。加强件仅在倾斜和短方向上布置，并且没有插入加强件以在纵向方向上提供支撑。这项研究证明，而不是增加光层的数量，最好在应力积累并专注于能量分布以有效控制变形的位置，更好地插入钢筋。如果可以确定额外的增强在抑制变形方面是有效的，则可以通过减少帘布层的数量来降低重量。

通过在汽车中心的纵向上插入加强件来执行再分析的结果。中央添加的高弹性UD材料加强件具有效果，有助于抵抗机翼的变形.因此，可以分布左侧和右停留和倾斜UD之间累积的应力。

对于现有的层压结构，与使用双层增强UD材料的图案相比，右可以减少多达1kg。在此目的的所有模式中，这可能是具有重量和刚性之间最佳平衡的结构。Altair Hypermesh和Altair OptiStruct用于其优化。

飘飘的分析

振动是由于弹性振动偶联而发生的自诱导振动的不稳定现象。由于弯曲和扭转导致的空气动力导致结构的损坏。例如，飞机的翅膀可以从振动的放大分散损坏。在汽车运行期间，在机翼中发生弹性振动通过空气动力力衰减，但在高速区域，空气动力力升高了机翼的振动，导致分散的分散体。这可能会对机翼造成潜在的损坏。

图7所示的频率响应（特征值分析）用于研究颤振。分析了第一模态（机翼后端扭转）、第二模态（机翼后端纵向弯曲）、第三模态（机翼前端扭转）和第四模态（机翼前端纵向弯曲）。

虽然第1和第2模式的特征值彼此接近，但是由于在重心向后发生的位置发生的共振现象，而不是认为翼的故障。此外，第3模式的特征值和第四模式的特征值分开超过20％，同时不会发生。这表明谐振现象将在向后位置或多或少地发生谐振现象，但不会发生不稳定的分散。通过执行该分析，可以确定设计，使得重心的变形不会被分散。在测试期间，当汽车运行时，结果与分析结果几乎相同。

安全证明

确保驾驶员的安全最优先。尽管通过在机翼的层压板中使用UD材料来进行增强，但是通过考虑驾驶员座椅和轮毂，但是结构可以包含在最小空间中，同时确保高刚性。通过定义用于保护驱动器的空间保护驾驶员关于单胶卷框架的结构作为乘客电池，设计使得可以防止在碰撞过程中进入驱动空间的变形。（图9）

在侧面碰撞期间，左/右驾驶室可以防止单胶片板的变形。计划的层压结构具有足够的强度和耐用性。

在设计期间，在刚性方面令人担忧的原因是机翼。通过基于分析加强与UD材料的最合适的位置，翼终于置换了最少的位移。层压结构具有足够的强度和刚性，防止碰撞碰撞，展示汽车对驾驶员安全。图10示出了最终完成的单胶片框架。

CFRP车身制造业

CFRP身体，层压，高压釜，装配，粘接和打磨饰面的一系列制造过程，全部由初年或下面的合作公司在三个月的春季度假期间由初年或下方进行。设计，流程和人力资源管理由高级学生进行，导致团队合作的显着增长。特别是，与高级学生的指示一样，Altair HyperWorks的分析结果分享，对初中的学生来说非常有用。

通过拓扑优化稀释和更轻

如图1所示。如图11至14所示，前悬架包括正脚轮跟踪布局，多连杆和拉杆型悬架。后悬架包括刚性型，多连杆和四轮转向。根据悬架的集成设计，考虑到车辆的形状及其运行性能，因此决定了这种独特的悬架结构。

在这些部件中，通过使用基于Altair Inspire™的拓扑优化提供了大型金属部分，实现了重量减少（见图15和16）。除了“推动力”的三个外力之外，“制动力”和“横向力”之外，基于轮胎载荷部分和主轴安装部分之间的偏移的时刻被认为是负载条件。

设计人员参考拓扑优化的结果，考虑了肋的布置和减薄位置。通过重新检查应力（图17）和位移，反复进行优化。由于几个部件组装在一起形成一个单元，因此单元的设计是一个优先事项。

例如，由于直立由主轴铆接，因此加上两者的位移，并且优先考虑不影响悬架几何形状的位移。通过这种方式，通过引用拓扑优化，单位设计和设计者的目的是优先考虑。

最后，创建了一种考虑可加工性的模型。例如，图2中所示的后梁结构的中心的盒式部分包括：19不是形成为涉及成本和处理时间的单个部分。相反，通过拧紧几个M4螺钉，它具有六片状部件与固定压力一起组装在一起，以降低成本和处理时间。

使用Altair HyperWorks的优点

Kogakuin大学太阳能团队以下列方式广泛使用汽车设计中的Altair HyperWorks。

• CFRP车身结构和层压计划
• 极薄翼的频率分析（飘飘飘飘）
• 安全证明
• 通过拓扑优化的金属部件轻量较轻
• 碳纤维布与金属连接面积的优化

考虑到碳纤维的类型，取向，帘布层的数量，蜂窝厚度等，通过在确认剩余强度之后优化刚性来实现重量的最大减少。通过使用从3DCAD导入的模型的Altair HyperWork进行刚性分析，可以有效地进行层压计划。这也是通过与公司的学术和工业联系分享技术信息。通过执行用于优化的过程的定量信息共享，还可以从技术视点中反映在设计中的层叠规划。

未来目标

BWSC在2019年举行的设计已经开始设计。预计使用Altair Motionsolve™和Altair MotionView™的运动分析将纳入未来车辆设计的过程中。

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