Тема: Разработка и моделирование системы безопасности гоночного болида класса Formula Student на основе пеноалюминия в системах CAD/CAE

Formula SAE - соревнования, организованные Сообществом Автомо­бильных Инженеров (SAE) международные инженерные соревнования, вхо­дящие в Серию Студенческих Инженерных соревнований.[3] Начало было заложено в 1978 году в Соединенных Штатах Америки, когда, для развлече­ния, группа студентов из трех университетов штата Техас устроили гонки на багги, сделанных из газонокосилок. Идея заинтересовала многих, она уже несла в себе большой потенциал развития инженерной мысли и в 1981 году на базе Техасского Университета прошли соревнования при поддержке Со­общества Автомобильных Инженеров (SAE). Благодаря содействию органи­зации, соревнования получили официальный статус и это стало импульсом для дальнейшего развития. Сообщество Автомобильных Инженеров и сего­дня является главным организатором соревнований и ежегодно выпускает основной регламент соревнований, являющийся обязательным к исполнению документом для участников Formula Student. [2]
В России первооткрывателями Formula Student стали три университета: Московский Автомобильно-Дорожный Университет (МАДИ), Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) и Тольяттин­ский Государственный Университет (ТГУ). На сегодняшний день в РФ орга­низовано около двух десятков команд: в Нижнем Новгороде, Тюмени, Яро­славле, Екатеринбурге, Тольятти, Челябинске и Набережных Челнах и их становится все больше. [21]
В настоящий момент в соревнованиях принимают участие более 500 студенческих команд со всего мира. Работа в команде Formula Student позво­ляет пройти еще на стадии обучения в университете период «проб и оши­бок», развить реальные практические навыки, оценить собственные силы в процессе поиска решений. Это дает возможность студентам после окончания ВУЗа стать высокопрофессиональными специалистами, способными само­стоятельно решать настоящие серьезные жизненные задачи.
В рамках соревнований, перед ними стоит цель: спроектировать, по­строить и испытать прототип автомобиля формульного класса (болида), что­бы, затем, конкурируя в статических и динамических дисциплинах, проде­монстрировать свой результат.
Все, действия команды должны быть подчинены текущему регламенту соревнований, разработанному инженерами SAE. Регламент составлен на ан­глийском языке. Он отражает все аспекты создания автомобиля и устанавли­вает общие правила. Несоблюдение данных правил карается штрафами, а ес­ли машина технически не соответствует регламенту, команду не допускают до соревнований.
Техническая инспекция тщательно проверяет автомобиль на соответ­ствие. Если машина прошла проверку, команда переходит к динамическим (гонкам) и статическим испытаниям.
На соревнованиях первостепенно важно показать и доказать, что имен­но данная концепция автомобиля лучше всего соответствует техническим требованиям и требованиям безопасности.
Безопасность транспортных средств - одна из главных областей иссле­дования в сфере автомобильной инженерии. Автомобильная промышлен­ность развивает новую пассивную и активную систему безопасности и мето­ды, чтобы увеличить безопасность пассажиров транспортного средства. Осо­бенно важное значение это имеет для гоночного автомобиля. Высокая ско­рость, которая обычно характеризует эксплуатацию гоночного автомобиля, придает ему более высокую кинетическую энергию. Эта энергия должна быть рассеянна в случае столкновения. Болид Formula SAE должен иметь структурные элементы, которые способны поглощать большинство кинети­ческой энергии посредством деформирования и прогрессивного разрушения. Это позволит минимизировать физическое воздействие на пилота в момент столкновения. Устройство, предназначенное для того, чтобы поглотить и рассеять энергию удара, уменьшить повреждения, и избежать возможных травм пилота называется аттенюатором. Аттенюаторы, деформируясь, спо­собны поглощать кинетическую энергию транспортного средства.
Многие из зарубежных команд активно используют аттенюаторы спро­ектированные, изготовленные и испытанные своими силами. Это очень удобно, поскольку появляется возможность изменить форму, материал и уменьшить вес защитной конструкции. Прежде чем получить готовый эф­фективный аттенюатор его нужно испытать. Чтобы уменьшить затраты на развитие и тестирование системы безопасности болида, рекомендуется ис­пользовать вычислительные моделирования столкновения для первоначаль­ной оценки режима работы системы безопасности при тесте с воздействием на транспортное средство. Числовое моделирование при помощи методов конечных элементов позволит существенно снизить расходы на физические испытания, а также подобрать наиболее подходящую для команды, и удовле­творяющую требованиям регламента SAE, конфигурацию аттенюатора.
Целью диссертации является разработка методики проектирования рациональной конструкции аттенюатора на основе энергопоглощающего ма­териала пеноалюминия, в среде CAE для обеспечения безопасности пилота гоночного болида класса Formula Student.
Объектом исследования является аттенюатор для гоночного болида класса Formula Student.
Предмет исследования состоит в разработке методики проектирования аттенюатора в среде ANSYS-LSDYNA.
Купить

Для обеспечения безопасности пилота гоночного болида класса Formu­la Student была разработана методика проектирования рациональной кон­струкции аттенюатора из пеноалюминия на основе моделирования процесса столкновения автомобиля в CAE ANSYS AUTODYN
В рамках данной работы были сделаны следующие выводы:
1. Установлено, что аттенюатор из пеноалюминия является пер­спективным энергопоглощающим элементом для автомобиля класса «Formu­la Student»;
2. Установлено, что перспективным программным продуктом CAE для моделирования ударных явлений, в том числе при столкновении автомо­биля является ANSYS AUTODYN;
3. Показано, что библиотека приложения ANSYS AUTODYN со­держит механические, физические свойства и модели пеноалюминия, необ­ходимые для анализа соударений автомобиля с преградами;
4. Показано, что изменение формы аттенюатора влияет на его устойчивость в процессе столкновения, установлено, что применение выре­зов в опорах аттенюатора позволяет повысить устойчивость аттенюатора и управлять распределением энергопоглощением во время столкновения.
5. Установлено, что применение вырезов в опорах аттенюатора поз­воляет повысить устойчивость аттенюатора и управлять распределением энергопоглощением во время столкновения.
6. Разработана конструкция аттенюатора на основе пеноалюминия, которая соответствует требованиям регламента SAE для болида Formula Stu­dent.
Купить