Применение Ansys Additive для создания более легкого гоночного автомобиля | ИСКРАТЕХ

Применение Ansys Additive для создания более легкого гоночного автомобиля

Команда E-AGLE Trento (Италия) использовала преимущества решений компании Ansys для аддитивного производства, а также топологическую оптимизацию Ansys Mechanical,  чтобы создать автомобиль, который станет в несколько раз легче своих конкурентов

Получить консультацию

/   Цель проекта

«Formula SAE» – студенческое соревнование, организованное Обществом автомобильных инженеров (Society of Automotive Engineers, SAE). Команды, состоящие исключительно из молодых специалистов, должны сконструировать, произвести и провести испытания своих автомобилей формульного класса.
 
По правилам соревнования все болиды должны соответствовать специальным правилам (регламенту), целью которых является обеспечение безопасности на треке, а также поиск новых решений при конструировании изделий.
 
Команда  E-AGLE Trento (Италия) использовала преимущества решений компании Ansys для аддитивного производства, а также топологическую оптимизацию Ansys Mechanical,  чтобы создать автомобиль, который станет в несколько раз легче своих конкурентов.

Работая в тесном сотрудничестве с командой технической поддержки Ansys, E-AGLE создали инновационный способ соединения частей рамы, используя моделирование в Ansys Workbench Additive, при котором прочность узлов зависит от механических свойств материала, а не от качества сварного шва. Такие соединения также упрощают и процесс производства, уменьшая количество внешних приспособлений для удержания компонентов на месте сварки.

Ansys Workbench Additive позволил команде сделать слабую часть рамы (так называемую “жесткую точку”, где подвеска крепится к раме автомобиля) неотъемлемой частью 3D-печатного соединения. Устранив эту слабую точку, команда сделала раму более жесткой и менее склонной к поломке во время гонки. Помимо этого, использование Ansys Mechanical  для оптимизации топологии позволило инженерам снизить массу одного компонента автомобиля на 55%.


/   Реализация проекта

Команда E-AGLE начала с разработки открытой рамы, вместо монококовой конструкции, как у других команд. Основной фокус при разработке открытой рамы сосредоточен на выборе наилучшей конфигурации соединений. Главной задачей было определить геометрию корпуса путем оптимизации параметра, который определяется как жесткость рамы при кручение, деленная на вес рамы.
 
Имея широкий диапазон возможных значений для диаметров, толщин и относительного положения соединений трех труб в раме автомобиля, студенты-инженеры использовали Ansys Mechanical в среде Ansys Workbench для проведения параметрических исследований всех возможных вариантов. Нахождение оптимального поперечного сечения и толщины труб в каждой точке рамы было критичным для усиления рамы в точках высоких напряжений, при минимизации общего веса рамы. Изучение параметрической симуляции позволило студентам определить оптимальную конфигурацию каждой трубы и всех соединений за то время, которое потребовалось бы им, если бы они были ограничены традиционным физическим прототипированием.

Инженеры E-AGLE хотели выйти за рамки создания корпуса автомобиля, который бы просто удовлетворял требования FSAE. Инновационным элементом стал узел рамы – точка, в которой пересекаются трубки, образуя при этом угол. Обычно трубы просто привариваются друг другу, тем самым формируя узел, но такие узлы становятся слабым местом всего корпуса. Используя Ansys Mechanical и Workbench Additive, инженеры сконцентрировались на разработке узла, прочность которого зависит от свойств самого металла, а не от сварки. Узлы, напечатанные на 3D-принтере, также включают в себя и крепления для подвески, что устраняет еще одно слабое место конструкции.

Определив оптимальные  размеры труб каркаса, инженеры использовали Additive Workbench, чтобы создать узел таким образом, чтобы его концы могли свободно помещаться друг в друга. В результате, внутри соединения находятся продольные ребра. Это гарантирует, что механическая нагрузка приходится на само соединение трубы и узла, а не на сварной шов между ними. Между трубой и концом узла имеется небольшое пространство, в котором накладывается сварочный шов. Маленькие выступы, расположенные в этом пространстве, обеспечивают сохранение одинакового расстояния между трубой и узлом. Такое точное позиционирование труб относительно узла имеет два больших преимущества:
1. При сборке рамы используется только одно поддерживающее устройство. Оно помогает соединить основную часть каркаса с задней частью во время сварки, так как по правилам FSAE каркас должен быть цельным, поэтому он может быть собран только с помощью сварки. Во время сборки задней части специальные устройства не требуются, так как при сварке трубы точно фиксируются относительно узлов, что значительно сокращает время сварки, и ускоряет сборку всего автомобиля.
2.Полученная в результате рама более прочная и жесткая, по сравнению с конструкцией рамы, в которой используется только сварка.


Снижение веса это очевидный способ сделать машину более быстрой, потребляя при этом такое же количество топлива. Инженеры E-AGLE Trento провели топологическую оптимизацию с помощью Ansys Mechanical, чтобы переработать три компонента, которые изначально были изготовлены цельнометаллическими: “колокольчик”, коромысло подвески и механизма поддержки руля. Топологическая оптимизация конструкции автоматически определяет, где должен находиться материал в заданном объеме для того, чтобы эффективно распределять нагрузку на деталь. В итоге деталь имеет пустые места там, где материал не нужен и  более толстые части в областях высокой нагрузки. В целом, топологическая оптимизация  снижает вес каждого компонента. В данном случае, инженерам удалось уменьшить вес “колокольчика” на 37%, с 345 до 220 грамм. Вес механизма поддержки руля был снижен на 55%, с 450 до 210 грамм.
 
Аддитивное производство с использованием металлического порошка заключается в нанесении слоя порошка и его плавления путем нагревания лазером. В результате постоянного нагревания и охлаждения могут происходить деформации, приводящие к искажению формы деталей. Команда E-AGLE Trento использовала Ansys Additive Workbench для моделирования величины тепловых искажений перед началом 3D-печати, чтобы скорректировать геометрию детали для компенсации тепловых искажений. Хотя в таком случае искажение всё равно имеет место быть, оно произошло предсказуемым образом и было скомпенсировано изменением геометрии. Полученная деталь в точности соответствует заданным техническим требованиям.

/   Результаты проекта

Работая совместно с командой технической поддержки Ansys, студенты E-AGLE Trento научились эффективно использовать Workbench Additive и Ansys Mechanical, разработали инновационную раму для своего гоночного автомобиля. Он получился легче и прочнее, с повышенной жесткостью на кручение. Благодаря новым подходам в конструировании автомобиль стал в несколько раз быстрее, его износ стал меньше, а безопасность пилота гоночного авто наоборот увеличилась.

    Получить консультацию

    Заполните форму прямо сейчас,
    и мы свяжемся с Вами!

    * Обязательные поля для заполнения

    Нажимая кнопку, я даю согласие на обработку моих персональных данных и согласен с политикой конфиденциальности

    Спасибо,

    Ваша заявка принята!

    Мы свяжемся с Вами в ближайшее время и

    ответим на вопросы. Чтобы вернуться к

    просмотру сайта нажмите кнопку

    Продолжить