Σχεδίαση και στατική ανάλυση χαλύβδινου χωροδικτυώματος-πλαισίου επιβατηγού τροχοφόρου οχήματος

Abstract

Σκοπό της παρούσης Διπλωματικής Εργασίας αποτελεί η σχεδίαση και στατική ανάλυση πλαισίου οχήματος συνιστάμενο από χωροδικτύωμα (space frame) δοκών. Η παρούσα Διπλωματική Εργασία αποτελεί συνέχεια προηγούμενης εργασίας [4] που αφορούσε σχεδίαση και στατική ανάλυση πλαισίου τύπου "unibody" και συνίστατο από χαλύβδινες μορφοδοκούς και ελάσματα. Στο παρόν σχεδιάστηκε εκ νέου πλαίσιο που προορίζεται για υποθετικό επιβατηγό τροχοφόρο όχημα. Το πλαίσιο συνίσταται από χωροδικτύωμα χαλύβδινων δοκών – μία δομή που απαντά ευρέως σε συμβατικής τεχνολογίας οχήματα επιδόσεων κατασκευαστών περιορισμένης παραγωγής. Το πλαίσιο εξετάστηκε (εξομοίωση σε Η/Υ) ως προς την απόκρισή του (παραμορφώσεις) σε στατική κάμψη και στρέψη – τις δύο κύριες μορφές καταπονήσεως που υφίσταται ένα πλαίσιο οχήματος. Η εν λόγω ανάλυση συνιστά μία θεμελιώδη δοκιμή που αποτελεί ένα εκ των κυρίων βημάτων που συνιστούν την εξέλιξη ενός οχήματος. Για λόγους πληρότητος, στο Θεωρητικό Μέρος παρατίθεται – σε έκταση που επιτρέπεται από το κύριο αντικείμενο της παρούσης Εργασίας - η θεωρία που αφορά στην απόκριση ενός οχήματος και των επιβατών του σε κρούση (crashworthiness). Το εν λόγω ζήτημα είναι μείζονος σημασίας καθώς σχετίζεται με την ασφάλεια επιβατών και πεζών ενώ παράλληλα διέπεται από αυστηρές προδιαγραφές και νομοθεσία. Επισημαίνεται ότι η εξέταση της συμπεριφοράς ενός οχήματος και των επιβατών του σε κρούση συνιστά ένα ιδιαιτέρως εκτενές, χρονοβόρο και δαπανηρό στάδιο εξέλιξης ενός οχήματος. Τέλος, για λόγους πληρότητος σχεδιάστηκε και ένα αμάξωμα (body) για το εν λόγω όχημα. Το αμάξωμα είναι φτιαγμένο από κοινό εμπορικό κράμα αλουμινίου, δεν αποτελεί φορέα φορτίων (πλην των αεροδυναμικών δυνάμεων που δεν έχουν ληφθεί υπ’όψην) και περιβάλλει όλο το δικτύωμα και τους τροχούς εξασφαλίζοντας την προστασία των επιβατών και των μηχανικών μερών, καθώς και καλύτερα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά για το όχημα. Η αισθητική του είναι η τυπική των επιβατηγών οχημάτων του είδους.

The present Thesis is focused on the design and the static analysis of a tubular steel space-frame automotive chassis. This Thesis is a sequence of an one-semester project entitled “Structural analysis of a unibody automotive chassis using Pawlowski’s Simple Structural Surfaces method”, elaborated during the 8th semester. The steel space-frame chassis is part of a hypothetical, technologically conventional and low-production sport car. The frame has been modelled and statically analysed using commercial CAD-CAE software (D.S. SolidWorks). The analysis include the response (strains and stresses) of the chassis in bending and torsion, the two major load cases that occur during a vehicle’s usage. Due to completeness, at the theoretical part of the present Thesis, the theory of vehicle crashworthiness i.e. the response of a vehicle and its occupants in crash pulse is presented. Additionally, a bodywork for the hypothetical vehicle has been modelled, but it was not involved in the static analysis. Its styling is typical of compatible sport cars.