Onderzoek Kreukelzone

Transcriptie

1 Onderzoek Kreukelzone Naam: Nick van Herwerden Studentnummer: Klas: Project: Team: ATR3B Chassis Versie: 1.0 1

2 Inhoudsopgave Inleiding 3 Hoofdvraag 3 Kreukelzone en constructies 4, 5 Mogelijke opties 6 Afweging dmv een keuzematrix 7 Toelichting uitkomst keuzematrix 8 Voorbeeld illustraties dmv Inventor 1 9, 10, 11 Voorbeeld illustraties dmv Inventor 2 12, 13 Keuze 14 Korte beschrijving onderzoek 14 Schaalmodellen 15, 16, 17 Vervolg 18 2

3 Inleiding De kreukelzone van een auto zorgt ervoor dat de kinetische engergie die wordt opgebouwd bij een botsing wordt verspreidt, zodat de kans op gewonde passagiers afneemt. Wanneer een auto vooruitrijdt met een bepaalde snelheid, beweegt alles in die auto zich met dezelfde snelheid mee. Als een auto niet zou meegeven, zou hij bij een botsing in een fractie van een seconde tot stilstand komen. Maar de passagiers blijven zich voorwaarts bewegen met de oorspronkelijke snelheid, tot ze tegen een object aanbotsen dat zich voor hen bevindt, wat tot ernstige verwondingen kan leiden. Als de tijd waarin de auto tot stilstand komt wordt verlengd, neemt de kracht die op de auto en de passagiers wordt uitgeoefend af. Het chassis van de auto bevat kreukelzones aan de voor- en achterzijde, die bij een botsing op bepaalde plaatsen buigen en breken. Daardoor absorberen ze de energie van de botsing en geven ze de auto meer tijd om tot stilstand te komen. Het is van belang dat er naar mogelijke opties wordt gekeken die mogelijk toepasbaar zijn op het voertuig wat wordt gereasliseerd tijdens het project. In dit korte onderzoekje zal er een aantal bestaande constructie worden aangehaald en de werking daarvan worden beschreven. Daarna zal er een mogelijke opties die toepasbaar is op het voertuig van dit project worden uitgelicht. Hoofdvraag Op welke manier kan er een veiligheidssysteem gecreëerd worden m.b.t. de kreukelzone dat toepasbaar is op dit concept voertuig? Hierbij moet er rekening mee gehouden worden dat het concept realiseerbaar is, bijdraagt aan de veiligheid en demonteerbaar is. 3

4 kreukelzone en constructies In hedendaagse voertuigen worden kreukelzones toegepast. Vaak is het merk en type afhankelijk hoe de vorm is geconstrueerd.. Ook gebruikt elk merk zijn eigen constructies om de kreukelzone tot stand te brengen. Het chassis speelt een grote rol in de veiligheid van inzittende tijdens een botsing. De vorm hiervan is een zeer belangrijk aspect wat hoog in acht genomen moet worden. Als er in de constructie van een chassis veel rechte hoeken en niet overlopende balken worden gebruikt zullen de krachten die ontstaan tijdens een crash zich niet goed kunnen afvoeren door achterliggende delen van het chassis. De volledige impact komt op een klein stukje van het chassis terecht waardoor de kans dat deze compleet verwoest raakt groot is. Het nadelige aspect hiervan is dat vaak een klein deel van het chassis niet de gehele impact kan opnemen waardoor er een mogelijkheid ontstaat dat er delen afbreken en terechtkomen op locaties in het voertuig waar ze veel schade kunnen aanrichten. In de onderstaande afbeelding is goed te zien hoe de krachten die kunnen ontstaan tijdens een crash gelijkmatig worden afgevoerd door overlopende balken in het chassis te gebruiken. Doordat de krachten de vastgestelde baan volgen is de kans op letsel aan inzittende sterk verminderd. Doormiddel van verschillende technieken kan de kracht op vastgestelde plaatsen afgebogen of verzwakt worden. Door deze technieken kan de ongewenste kracht op een correcte manier door het chassis gestuurd worden om zo een hoog veiligheidsaspect te creëeren. 4

5 Doormideel van verzwakkingen in het chassis kan de kracht dus verzwakt worden en plaatselijk worden opgenomen. In de onderstaande afbeelding is te zien hoe zo n verzwakking in een balk de kracht kan opnemen. Naast de verzwakkingen in het chassis doormiddel van bijvoorbeeld uitsparingen en uitsnedes kan dit ook gerealiseerd worden door verschillende soorten metaal te gebruiken. Door zachter/makkkelijker vervormbaar metaal op punten toe te passen waar het gewenst is dat de constructie meegeeft om letsel te voorkomen kan bijvoorbeeld aluminium worden toegepast. Door deze methode toe tepassen kunnen de krachten die ontstaan worden gestuurd om de inzittende heen. In de onderstaande afbeelding is duidelijk te zien dat hedendaagse auto s geconstrueerd zijn met verschillende soorten metaal en sterktekwalificaties. Hierdoor neemt de veiligheid aanzienlijk toe. 5

6 Mogelijke opties In onze situatie is het lastig om met verschillende soorten qua hardheid van staal te werken. Aangezien wij geen voertuig creëeren op massaproductie zullen de kosten te hoog oplopen. Daarnaast zijn er speciale technieken nodig om verschillende soorten metalen zoals staal en aluminium te verbinden aangezien dit niet kan worden gedaan doormiddel van lassen. Eventuele verzwakkingen aanbrengen in het chassis is een goede optie. Zo kan er bijvoorbeeld een verzwakking worden aangebracht door dunner materiaal op bepaalde plaatsen te gebruiken op het voertuig waar het gewenst is dat er veel kracht wordt opgenomen door het materiaal. Door de voorkant van het voertuig te construeren van een dunner type van wel hetzelfde staal soort kan de kracht enorm die op de inzittende wordt uitgeoefend worden verminderd doordat deze grotendeels wordt opgenomen door het materiaal. Het grootste aspect qua veiligheid op het gebied van chassis dat wij kunnen toepassen zijn bepaalde vormen. Door een constructie op een bepaalde manier rond de inzittende te fabriceren kan er voor worden gezorgt dat de krachten die ontstaan om de persoon worden heengeleid in geval van een crash. Door gebruik te maken van vloeiende lijnen in het chassis zal de veiligheid aanzienlijk toenemen mbt mogelijke gevaren die zich tijdens een crash voordoen. Scherpe hoeken en overgangen in deelsecties moeten zoveel mogelijk vermeden worden omdat deze de krachten mogelijk niet goed in elkaar kunnen laten overlopen. Naast deze mogelijkheden bestaat de optie om de voorkant van het voertuig compleet te realiseren uit een veel zachter materiaal. Dit is mogelijk omdat de voorsectie geen constructieve rol speelt in het chassis qua bevestigingspunten of iets dergelijks. Een optie zou zijn om het voorste deel te realiseren uit hard schuim materiaal dat gelamineerd is door bijvoorbeeld glasvezel of carbon. 6

7 Afweging dmv een keuzematrix Om een goed en duidelijk overzicht te creëeren van de mogelijke opties en de weegfactoren die van belang zijn is er een keuzematrix gemaakt. Door dit systeem te gebruiken kan er in een oogopslag geconstateerd worden welke opties er aantrekkelijk zijn en welke definitief afvallen. Onderstaand is een afbeelding te zien van de keuzematrix Op de x-as zijn de mogelijke optief beschreven. Op de y-as zijn de belangrijke weegfactoren die invloed hebben op bijvoorbeeld de kosten opgenomen. In de onderste rij is te zien hoe elke opties scoort ten opzichte van de weegfactoren. In de onderstaande tabel is een toelichting gegeven bijpassend het gescoorde percentage. Behaalde percentage Maatregel <50% Valt direct af >50% <65% Overleg >65% <75% Mogelijk >75% Zeer goed mogelijk 7

8 Toelichting uitkomst keuzematrix In de keuzematrix is te zien dat er 4 opties boven de 65% scoren en dus zeer goed toegepast kunnen worden op het project. Door deze 4 punten in het voertuig te verwerken wordt de veiligheid aanzienlijk verhoogd met rekening te houden met vastgestelde aspecten. 1. Strategische vloeiende lijnen in het chassis Eigelijk heeft deze optie geen verdere toelichting nodig. We zijn allemaal aanwezig geweest bij de presentatie over waar rekening mee gehouden moet worden bij het ontwerpen van een chassis. Hier kwam duidelijk naar voren dat vloeiende en overlopende constructies een zeer belangrijk punt spelen in de sterkte maar ook de veiligheid van het chassis. Het nadeel hiervan is dat dit zeker invloed heeft op de vormgeving van het chassis wat uiteindelijk ook invloed heeft op de aerodynamica. 2. Aluminium front / Breek/buigpunten / verschillende dikte materialen Deze 3 punten kwamen zeer hoog uit de keuzematrix. Ze zijn in dit subkopje expres samengevoegd omdat ze wellicht elkaar kunnen versterken. Door een aluminium front te creëeren dat vrij staat van de ophanging/besturing kan er mee gespeeld worden. Door in dit deel gebruik te maken van verschillende dikte s aluminium en het toepassen van breek-en of buigpunten kunnen de krachten die ontstaan tijdens een botsing flink verminderd worden en in het voorste deel worden opgenomen. Het voordeel hiervan is dat de schade bij ongevallen met lage impact beperkt blijven tot de voorkant en geen schade toebrengen aan het hoofdchassis. Daarnaast zullen de kosten ook beperkt blijven omdat deze technieken zich beperken tot een klein deel van het voertuig. 3. Voordeel uit schuimmateriaal construeren gelamineerd met bijv. glasvezel of carbon Deze optie kwam met 91% het hoogste uit de keuzematrix. Doormiddel van het voorste deel van het voertuig (wat geen constructieve functie heeft) te construeren uit schuimmateriaal dat vervolgens bedekt is met een harde, maar ook ligt materiaal kan er wellicht een goede en voordelige kreukelzone gecreëerd worden. Het concept scoort zeer hoog in de matrix. Maar een vervolg onderzoek is nodig om te bepalen of dit concept kan voldoen aan de veiligheid. 8

9 Voorbeeld illustraties dmv Inventor 1 In de onderstaande afbeeldingen is een illustratie te zien van de aluminium voor front met daarin buig/breekpunten verwerkt. Ook is er gewerkt met verschillende diktes materiaal om zo krachten af te buigen en te sturen. Geheel overzicht constructie. 9

10 Verzwakkingen dmv uitsnedes Verzwakkingen dmv verdunnen materiaal 10

11 Voorkant voorfront met verzwakkingen Op de bovenstaande illustraties is het voorfront apart genomen. Het concept is puur ter illustratie waarbij geen rekening is gehouden met maten en de vormgeving van de constructie. Op de afbeeldingen zijn de punten die hoog uit de keuzematrix kwamen terug te zien. In de eerste afbeelding zijn verzwakkingen aangebracht in het materiaal. Tijdens een frontale aanrijding zal het materiaal dus op deze punten breken dmv de verzwakking. Op de tweede afbeelding is verdunning van het materiaal te zien. Als er frontaal krachten op de constructie komen te staan zulle deze punten opvouwen waardoor een groot gedeelte van de krachten wordt opgenomen in het materiaal. Doormiddel van bovenstaande constructie kan de veiligheid verhoogd worden omdat de gevaarlijke krachten die ontstaan tijdens een ongeval verminder/verzwakt worden door de maatregelen. 11

12 Voorbeeld illustraties dmv Inventor 2 In de keuzematrix scoorde het concept met schuimateriaal gelamineerd met een ander materiaal het hoogste. In de onderstaande afbeeldingen is een illustratie te zien van het schuimen voor front met de bedekking van een ander materiaal te zien. Het getekende concept is puur ter illustratie. 12

13 Op de bovenstaande afbeeldingen is het voorfrant afgebeeld. De binnenzijde is gemaakt van een ligtgewicht peerschuim die vervolgens bedekt is met carbonvezel. Aan de achterzijde zijn een aantal bouten in gelamineerd waardoor het geheel aan het chassis bevestigd kan worden. Uiteindelijk zal het gewicht van het eindproduct zeer laag zijn, daarnaast is het zeer maakbaar en makkelijk te vervangen. 13

14 Keuze Uiteindelijk is er besloten na overleg met Patrick dat de optie met het schuimmateriaal gelamineerd met glasvezelf of carbon verder onderzocht moet worden. Het doel van het onderzoek is het verkrijgen van onbekende gegevens het breek/scheurpunt van verschillende materialen onder verschillende belastingen. Onderzoek Om de onbekende parameters van de materialen te onderzoeken is ervoor gekozen om een aantal schaalmodellen te maken. De vormgeving van de schaalmodellen is niet definitief en is puur gekozen omdat deze vrij neutraal is en waarschijnlijk bestaat uit de basislijnen die gebruikt zullen worden. Er zullen dus een aantal modellen worden gemaakt die bedekt zijn met verschillende materialen. Er zal een werkstuk worden bedekt met glasvezel, epoxy en carbon. Vervolgens moet er worden bepaald aan de hand van de schaal van het werkstuk wat de gebruikte krachten tijdens de proef moet zijn. Het onderzoek naar de krachten die op schaal gesimuleerd moeten worden loopt nog en heeft nog aandacht nodig. Ik heb ondertussen wel een aantal schaalmodellen gecreëerd. Op dit moment zijn er 2 modellen beschikbaar die voorzien zijn van een glasvezel laag en een model dat is bedekt met een epoxy laag. Momenteel ben ik nog opzoek naar een carbon soort wat goed vervormbaar is en dus ook aan te brengen is op het model. Na onderzoek blijkt dat het materiaal wat bij de Shell Eco Marathon gebruikt wordt te dik te zijn om te bewerken. 14

15 Schaalmodellen In de onderstaande afbeelding is de huidige situatie te zien van de schaalmodellen. 15

16 16

17 17

18 Vervolg Op dit moment zullen de schaalmodellen afgemaakt moeten worden en zal er onderzoek gedaan moeten worden naar de methode om te testen. Het opstellen van een testplan staat dus op de planning. 18