بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت مصرف انرﮊی در خودروهای الکتریکی طراحی مناسب بدنه بوسیله نرمافزارهای شبیهسازی الزامی به نظر میرسد. برای طراحی بدنه ابتدا قاب خودرو طراحی و توسط نرمافزار تحلیل المان محدود مورد مطالعه قرار گرفت و با توجه به معیارهای موجود در دوبخش آنالیز مدال و جابجایی ناشی از بارگذاری مورد تأیید قرار گرفت. سپس پوسته بدنه توسط نرمافزار تحلیل حجم محدود بررسی شد و در دو جریان آشفته و آرام نیروی پسای ناشی از اصطکاک لزج و نیروی پسای ناشی از فشار بدست آمد.
۱-مقدمه
با توجه به اینکه در کشور ایران بطور متوسط بازای هر خودرو ۶/۱ نفر مسافر وجود دارد و این رقم در شهر تهران به ۴/۱ نفر میرسد]۱[ و مقدار زیادی از سرمایههای ملی بیجهت اسراف میگردد. از مزایای مهم این طرح سادگی نحوه استفاده و در دسترس بودن انرﮊی مورد نیاز است و از مشکلات این ماشینها نیز میتوان به هزینه بالای آنها اشاره کرد. در واقع بدنه پوسته-ای است که باید روی شاسی و بقیه قسمتها کشیده شود و بهترین شکل که پارامترهای زیبایی را ارضا میکند و در کنار آن کمترین درگ را ایجاد کند میباشد.
در ماشینهای عادی میتوان از بدنه در راستای اهداف دیگری نیز استفاده کرد، یکی از این اهداف کمک به ترمزگیری بوسیله فشار ناشی از هوای عبوری از انتهای ماشین است]۲.[ پس از مشخص شدن نحوه قرارگیری اجزا باید مواردی در طراحی بدنه مورد توجه قرار گیرد که نحوه قرارگیری باتریها و خنککاری آنها و خنککاری موتور و ایمنی و توزیع نیروی مناسب از این موارد است. جریانهای ناشی از جریان هوا در کنار و زیر و حول چرخها نیز در این طراحی از اهمیت خاصی برخوردار است.
۲- مراحل و چگونگی طراحی بدنه
برای طراحی بدنه خودرو ابتدا جانمایی اجزاﺀ مدل میگردد و سپس قاب طراحی شده و توسط نرمافزار انسیس٧ مورد تحلیل قرار میگیرد و در نهایت نیروهای وارد بر بدنه توسط نرمافزار فلوئنت٨ تعیین خواهد گردید. البته همانطور که قابل پیشبینی بود در مرحله ساخت تفاوتهایی با مدل ایجاد شد، که بخشی از خطا را به خود اختصاص میدهد.
۲ -۱ - جانمایی
در این بخش از طراحی برای پیدا کردن دید مناسب از نحوه قرارگیری قطعات و همچنین شمای کلی ماشین و نحوه ارتباط اجزاﺀ با یکدیگر، با توجه به محدودیتها و استاندارد و توزیع وزن مناسب، محل قرارگیری اجزاﺀ با مقیاس ۱ به ۳ مدل شد. در این مدل با توجه به بحث پایداری و مطلوب بودن کاهش ارتفاع مرکز جرم و با توجه به اینکه بهتر است ارتفاع بیش از حد زیاد نشود - بدلایل آیرودینامیکی - ، باتریها در کف و در کنار صندلی راننده ، قرار می گیرند. البته با توجه به اینکه محل باتریها قابل تغییر است میتوان برای تغییر توزیع وزنی آنها را جابجا کرد. سیستم انتقال قدرت نیز با توجه به ابعاد ماشین بصورت زنجیر و چرخ زنجیر نیروی خروجی موتور را با اعمال یک نسبت تبدیل مناسب به چرخ ها منتقل می کند.
صندلی راننده نیز با توجه به استانداردهای موجود و بررسیهای آماری صورت گرفته که شامل پارامترهایی چون زاویه دید، زاویه تکیهگاه پشتی، زاویه کفی، اندازه پشتی، اندازه کفی، طول نشسته کلی انسان و ... طراحی شده است و محل تقریبی آن با توجه به توزیع وزنی بدست آمده برای سیستم تعلیق مشخص شده است. ابعاد بدن راننده با مراجعه به مراجعSAE-J833 و SAE-J985 بدست آمده است.
در طرح اولیه با توجه به اینکه در سرعتهای پایین تأثیرگذارترین نیروی خارجی بر ماشین، نیروی مقاومت غلتشی چرخها می-باشد و نیروهای آیرودینامیکی تأثیر چندانی ندارد و در سرعتهای بالا خود را نشان میدهد. اگر شکل بدنه شکل ایرفویل باشد باعث افزایش طول ماشین و در پی آن فاصله محور چرخها افزایش مییابد که خواستههای مربوط به دور زدن را ارضا نخواهد کرد.در مرحله بعد برای افزایش عملکرد این نواقص نیز مرتفع گردید.
پس از طراحی قسمتهای مختلف خودرو محل قرارگیری آنها تا حدودی مشخص میشود. برای مشخص شدن دقیق جانمایی اجزای مختلف خودرو و نحوه ارتباط آنها، تمام قطعات موجود در نرمافزار سالیدورک٩ مدل گردیده است. شکل۱ نحوه قرارگیری اجزای مختلف را نشان میدهد. جهت مدلسازی قطعات داخلی خودرو، از نرمافزار راینو١٠ استفاده شده است. در شکل۲ جانمایی اجزای اتاقک خودرو مشاهده میگردد. محل قرارگیری صندلی راننده در شکل مشخص شده است.
شکل ۱: جانمایی اجزای مختلف خودرو شکل ۲: نمای داخلی خودرو
در طراحی شاسی همانطور که در شکل۳ مشاهده میشود خرپای شاسی تا سقف گسترش پیدا کرده تا ممان اینرسی آن افزایش یابد و بتوان از پروفیلهای سبکتری استفاده نمود. هرچه فاصله محورهای عقب و جلو کمتر باشد گشتاور وارده به شاسی کمتر خواهد شد ولی پارامتر اصلی محدود کننده این امر جانمایی میباشد که با توجه به بررسیهای انجام شده فاصله بین محور عقب و جلوcm ۸۲۱ بدست آمده است.
با استفاده از فرکانس طبیعی سیستم و مقاومت سازه میتوان ابعاد پروفیلهای مورد نیاز را محاسبه نمود. برای اینکار با برآورد بار وارده بر قاب بصورت متمرکز و مدلسازی در فضای نرم افزار انسیس نتایج مورد تحلیل قرار گرفت. در ابتدا با استخراج نقاط مورد نیاز برای مدلسازی قاب از نقشههای موجود، مختصات تمامی نقاط مشخص شد و در ادامه خواص فولاد شامل مدول الاستیسیتهی GPa ۰۰۲ و چگالی Kg/m3 ۰۰۹۷ تعیین گردید سپس المان Beam 189 به عنوان المان مناسب برای تحلیل انتخاب و نوع مقطع عرضی نیز با توجه به مقاطع متداول نرم افزار، پروفیل Cm۲ Cm۴ با ضخامت ۵/۲ میلیمتر استفاده میشود. بعد از این مراحل با وارد کردن مختصات نقاط در نرمافزار و اتصال آنها توسط خطوط، شکل کلی قاب بدست آمد که در شکل۴ مشاهده میشود.
شکل ۳: شکل شاسی خودرو
شکل ۴: مدل قاب در نرم افزار
در مرحله بعد خطوط مدل شبکهبندی گردیده و بدین ترتیب آماده تحلیل میشود. برای دستیابی به مدهای ارتعاشی و استخراج آنها از روش Block-lanczos استفاده شده است و دلیل آن اینست که این روش برای بدست آوردن تعداد مودهای زیاد و سریعتر بدست آوردن آنها مناسب است.
نتایج بدست آمده برای ۰۲ مود اول با توجه به قید مفصل گیردار در محل اتصال سیستم تعلیق مورد بررسی قرار گرفت. نکته مهم دیگر در محاسبات مربوط به قاب مسئله بیشینه جابجایی آن است که باز هم در نرمافزار انسیس بررسی شده است. با قرار دادن بار گسترده بر روی دو پروفیل پایین قاب به مقدار ۰۰۲ کیلوگرم و همچنین مقید کردن محل اتصال سیستم تعلیق به قاب میتوان تحلیل را انجام داد.
۲- ۳ - بدنه
اولین مسئله در طراحی بدنه چگونگی قرار گرفتن راننده در ماشین است، ابعاد بدن انسان و نحوه قرارگیری صندلی و زوایای مربوطه با استفاده از استانداردSAE-J833وSAE-J985وSAE-J1050 و SAE-J1052وSAE-J1138و-SAE J1517وSAE-J264 که به ترتیب مربوط به ابعاد بدن، زوایای دید، نواحی دید، موقعیت سر، موقعیت فرمان، صندلی، دید شیشه و شکست نور بدست آمده است
یکی از فاکتورهای مهم در طراحی بدنه، پارامترهای آیرودینامیکی از قبیل زاویهی جلو و عقب بدنه خودرو ، ناحیه ویک١١ تشکیل شده در انتهای خودرو و سطح مقطع موثر خودرو میباشد. حال با توجه به این پارامترها و شکل نهایی فریم و جانمایی اجزای خودرو، شکل نهایی بدنه طراحی میگردد. شکل۶ نمایی از بدنه نهایی خودرو را نشان می دهد.
