P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

PROJEKT I ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA PIAST POJAZDU FORMUŁY SAE

Autor: Paweł Roszyk

Promotor: Prof. dr hab. inż. Marek Morzyński

1

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 2

Plan pracy1.Wstęp (Formuła SAE)2.Cel i zakres pracy3.Metoda Elementów Skończonych4.Wytrzymałość zmęczeniowa5.Konstrukcja piast6.Analiza wytrzymałościowa7.Analiza zmęczeniowa8.Podsumowanie

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Geneza pracy• Formuła SAE

• „Wilda”

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 3

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 4

● Cel i zakres pracyCel: Konstrukcja piast pojazdu Formuły SAE oraz wyznaczenie przewidywanego

okresu użytkowania.

1. Obliczenia sił

2. Dobór łożysk

3. Koncepcja piasty

4. Optymalizacja topologiczna

5. Konstrukcja piasty

6. Tworzenie siatki elementów skończonych

7. Analiza statyczna MES

8. Wyznaczenie przebiegu naprężeń w piaście

9. Analiza zmęczeniowa

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Metoda Elementów Skończonych• Metoda przemieszczeń• Element skończony• Warunki brzegowe• Tensor naprężeń• Naprężenia zredukowane

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 5

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Wytrzymałość zmęczeniowa• Metody wyznaczania wytrzymałości

zmęczeniowej:• naprężeniowa,• odkształceniowa,• energii odkształcenia,• propagacji pęknięć.

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 6

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Wytrzymałość zmęczeniowa• Metoda naprężeniowa

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 7

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Wytrzymałość zmęczeniowa• Wpływ naprężenia średniego

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 8

a – Soderberg,b – Goodman,c – Gerber,d - Morrow

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Wytrzymałość zmęczeniowa• Czynniki wpływające na wytrzymałość

zmęczeniową:• rozmiar elementu,• rodzaj obciążenia,• chropowatość,• obróbka powierzchni,• temperatura pracy,• środowisko pracy.

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 9

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Wytrzymałość zmęczeniowa• Niecykliczny charakter obciążenia

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 10

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Obliczenia sił działających na koło• Parametry pojazdu

• masa: 309 kg,

• docisk aerodynamiczny (na koło): 495 N,

• przeciążenie poprzeczne: 2,1 G,

• wysokość środka ciężkości: 297 mm,

• rozkład masy: 47:53,

• rozstaw kół: 1160/1150 mm,

• rozstaw osi: 1530 mm,

• max. moment hamujący: 583/136 Nm,

• max. moment napędowy: 880 Nm.

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 11

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Obliczenia sił działających na koło• Transfer obciążenia

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 12

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Obliczenia sił działających na koło• Dane opon

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 13

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Konstrukcja piast• Dobór łożysk

• 61810-2RS1 (52g)• 61910-2RS1 (140g)

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 14

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Konstrukcja piast• Koncepcja koła

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 15

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Konstrukcja piast• Optymalizacja topologiczna

• Ramiona piasty

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 16

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Konstrukcja piast• Optymalizacja topologiczna

• Powierzchnia montażowa tarczy hamulcowej

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 17

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii Wirtualnej

Przednia piasta Tylna piasta

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 18

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Siatka elementów skończonych

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 19

Prostopadłość

Jakość

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Analiza MES• Piasta przednia – Max. przeciążenie poprzeczne

• Naprężenie: 293,06 MPa

• Przemieszczenie: 0,95 mm

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 20

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Analiza MES• Piasta przednia – Max. hamowanie

• Naprężenie: 307,7 MPa

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 21

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Analiza MES• Piasta tylna – Max. przeciążenie poprzeczne

• Naprężenie: 240,89 MPa

• Przemieszczenie: 0,74 mm

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 22

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Analiza MES• Piasta tylna – Max. moment napędowy przy hamowaniu

• Naprężenie: 425,64 MPa

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 23

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Przebieg naprężenia w czasie• Symulacja przejazdu okrążenia

• Przeciążenie poprzeczne

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 24

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Przebieg naprężenia w czasie

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 25

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Analiza zmęczeniowa• Ilość cykli (okrążeń): 1419

• Dystans: ok. 2000 km

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 26

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 27

● Wnioski● przewidywany okres użytkowania piast: 2000 km

(przy przewidywanych 1000 km/sezon),● masa piasty przedniej: 654g,● masa piasty tylnej: 701g,● zmniejszenie masy nieresorowanej w porównaniu

do poprzedniego sezonu: 34%,● dotychczasowa niezawodność elementów.

P r a c a D y p l o m o w a I n ż y n i e r s k a Z a k ł a d I n ż y n i e r i i W i r t u a l n e j

Zakład Inżynierii WirtualnejZakład Inżynierii Wirtualnej

Paweł Roszyk, Konstrukcja i analiza wytrzymałościowa piast do Formuły SAE 28

Dziękuję za uwagę!