طراحی و تحلیل میل گاردان کامپوزیتی هیبریدی خودرو سواری به روش المان محدود

در طراحی یک میل گاردان فلزی یکی از مهمترین عوامل محدود کننده، سرعت بحرانی می باشد که بعضا طراح را مجبور به چند تکه کردن میل گاردان می کند. سرعت بحرانی یک محور با مجذور طول آن نسبت معکوس و با جذر سفتی ویژه مواد به کار رفته در آن رابطه مستقیم دارد. با توجه به اینکه سفتی ویژه مواد کامپوزیتی بیشتر از فلزات است. یک میل گاردان کامپوزیتی نسبت به یک میل گاردان هم اندازه فلزی در سرعت دورنی بالاتری رزونانس می کند در نتیجه سرعت بحرانی قابل حصول در میل گاردانهای کامپوزیتی بیشتر از نوع فلزی خواهد بود. بنابراین یک میل گاردان فلزی دو تکه را می توان با یک میل گاردان کامپوزیتی یک تکه جایگزین نمود. در این پروژه برای یک خودرو سواری یک میل گاردان کامپوزیتی هیبریدی یک تکه مرکب از آلومینیوم و کامپوزیت شیشه اپوکسی طراحی شده است الیاف بر روی یک لوله آلومینیومی پیچیده می شوند. و لوله آلومینیومی حکم مندرل را خواهد داشت. جهت بهبود طرح یکی از اهداف طراحی این بوده است که با در نظر گرفتن هندسه و چیدمانهای مختلف تا حد امکان از الیاف گران قیمتی مانند کربن استفاده نشود و به جای آن از الیاف ارزان تری مانند شیشه استفاده گردد. جهت انتخاب جنس لوله فلزی داخل میل گاردان، فلزات مانند فولاد و آلومینیوم که سابقه کاربرد در تولید میل گاردانهای فلزی داشته اند. مورد بررسی قرار گرفته اند همچنین امکان استفاده ورقهای نازکی از این فلزات در سایر لایه ها (در بین لایه های کامپوزیتی) نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در این میل گاردان، قسمت کامپوزیتی فرکانس طبیعی را افزایش داده و قسمت آلومینیومی قابلیت انتقال گشتاور را افزایش می دهد میل گاردان طراحی شده در مجموع شامل شش لایه با چیدمان (oa/-12g/+12g) (oa/-12g/+12g) می باشد لایه اول یک لوله آلومینیومی بوده که بر روی آن پنج لایه دیگر شامل چهار لایه کامپوزیت شیشه/اپوکسی و یک لایه آلومینیوم قرار می گیرد. تحلیلهای صورت گرفته بر روی این میل گاردان شامل آنالیزهای گشتاور استاتیکی مودال کمانش پیچشی و دینامیکی گذرا می باشد. روش بکار گرفته شده عددی و از نرم افزار ansys5.7 برای تحلیل های مورد نظر استفاده شده است. در این پروژه، کلیه مراحل مدل سازی، تعریف خواص مواد، انجام آنالیزهای لازم و دریافت نتایج به صورت پارامتری با استفاده از زبان apdl انجام شده است. در طراحی میل گاردان کامپوزیتی به این روش، باید به تنشهای پسامدند حرارتی که در اثر عملیات پخت در لوله آلومینیومی و قسمت هیبریدی به وجود می آیند. توجه داشت این تنشهای پسماند حرارتی به دلیل تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی طولی لوله آلومینیومی و قسمت هیبریدی به وجود می آیند راهکاری که جهت حذف تنشهای پسماند حرارتی پیشنهاد گردیده است، مبتنی بر اعمال یک پیش بار فشاری به لوله آلومینیومی قبل از عملیات رشته پیچی است جهت اعمال این پیش بار فشاری به لوله آلومینیومی از یک گیره اعمال کننده فشار استفاده می شود. نتابج بدست آمده نشان می دهند که وزن میل گاردان کامپوزیتی طراحی شده، 71 درصد کمتر از نوع فلزی دو تکه می باشد. همچنین قابلیت تحمل گشتاور استاتیکی آن 5437n.m و اولین فرکانس طبیعی خمشی آن hz110/7 می باشد که هر دو در محدوده مجاز می باشند.