Mechanická konstrukce akumulátoru FSE.04x

20.1.2016 | autor Petr Záruba

Po představení elektrické části naší „nádrže“ – tedy akumulátoru, přiblížíme jaké předpisy a konstrukční řešení se váží ke schránce baterií a elektroniky uvnitř.

Pravidla soutěže Formula Student velmi dbají na bezpečnost a proto i v tomto ohledu jsou k akumulátorovému boxu velmi striktní. Definovány jsou minimální tloušťky stěn, materiál, počty šroubů, které box drží a především zatížení 40g (pro náš box 15kN) v podélném a příčném směru X,Y a 20g ve svislém směru Z. Tyto síly jsou zavedeny do těžiště jednotlivých stacků. Definovaný materiál lze však nahradit ekvivalentním. Definovaný materiál lze nahradit ekvivalentním, pokud prokážete jeho ekvivalenci reálným testem v ohybu a ve střihu. . Touto cestou jsme se vydali při návrhu akumulátoru a definovanou ocel jsme nahradili ekvivalentním designem z uhlíkového vlákna.

Sendvičová struktura

Sendvičová struktura se skládá ze dvou potahů a jádra mezi nimi. Jádro většinou bývá materiál s nízkou hustotou s výrazně menším modulem pružnosti než potah. Jádro má za úkol propojit oba potahy na konstantní tloušťce. Výhodou této struktury je zajištění větší ohybové tuhosti, která se zvětšuje s tloušťkou desky. Díky nízké hustotě jádra (typicky 50-80kg/m3), lze dosáhnout velmi lehké konstrukce. Celková hmotnost samotného boxu je 2,4kg.

Pokrokové technologie

Nemalou část hmotnosti vozu tvoří spojovací materiál. Je tedy snahou ho nahrazovat špičkovými lepidly našeho partnera LOCTITE. S lepenými spoji bylo možné vůz o několik gramů odlehčit, a po zkušenosti s lepidly jsme se rozhodli použít je i při kompletaci jednotlivých dílů boxu baterií. Čekala nás ekvivalence proti pravidly definovaným šroubům M6.

Vydrží namáhání?

Díky podrobným údajům o lepidlech LOCTITE, bylo možné pomocí MKP (metoda konečných prvků) predikovat poškození lepených spojů. Vytvoření simulace v programu ABAQUS, byla jedna z nejnáročnějších částí pro dokázání, že naše konstrukce je schopna vydržet definované zatížení před komisaři z Rakouska. Pro implementaci lepeného spoje do simulace se použilo cohesivních prvků, což je nástroj pro matematické vyjádření výsledků reálných testů lepidla. Výsledek simulace pak ukáže poškození lepeného spoje v bezrozměrné veličině poškození od 0 do 1. Po 13 hodinovém výpočtu simulace ukázala, že plochy lepených spojů i kompozitní struktura jsou schopny definované zatížení přenést.

Budoucnost

U modelu FSE.05 zachováme kompozitní strukturu s lepenými spoji. Konstrukce se osvědčila a při průzkumu u ostatních týmů se ukázalo, že je i jedna z nejlehčích na světě.