Určení životnosti řetězce řízení monopostu Formula Student
Loading...
Date
2025-06-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Práce je primárně zaměřena na ověření životnosti kritických součástí nového řízení monopostu Formula Student, u nichž nelze spolehlivě použít analytický výpočet. Jedná se zde o lepený spoj mezi inserty a kompozitní trubkou, u kterého výsledná životnost velice záleží na způsobu přípravy a použitém lepidle či o značně odlehčený domek horní převodky řízení, který je nutno kvůli složitému tvaru ověřit numericky.
Výpočtová část práce se věnuje rozboru zatížení působícího na soustavu řízení při optimálním průjezdu zatáčkami různých poloměrů, jejich přenos do jednotlivých částí řízení a určitému odhadu cyklů potřebných pro provoz monopostu po dobu jedné sezóny. Následuje pak simulace domku horní převodky řízení zatížené silami od kuželových kol s vyhodnocením jak životnosti, tak i maximálních deformací.
Experimentální část práce se pak zaměřuje na ověření životnosti lepeného spoje mezi insertem a kompozitní trubkou namáhanou na krut u spojovací tyče horní a spodní převodky. Výsledkem experimentu je nejvyšší možný moment, při kterém vzorky vydrží bez poruchy dostačující počet cyklů.
Odlehčený domek se ukázal jako vyhovující z hlediska deformací i životnosti, ale při použití po dobu delší než jedna sezóna by ho bylo vhodné zkontrolovat. Výsledky experimentu ukázaly, že kompozitní trubky vydržely alespoň 105 cyklu bez poruchy při dvakrát vyšším namáhání než při maximálním zatěžování v provozu a byly vyhodnoceny jako vyhovující.
This thesis focuses primarily on verifying the fatigue life of critical components in the new steering system of a Formula Student race car, for which reliable analytical calculations cannot be used. These include the bonded joint between inserts and a composite tube where the resulting fatigue performance is highly dependent on surface preparation and the adhesive used as well as a significantly lightweighted housing of the upper steering gearbox, which must be verified numerically due to its complex geometry. The computational part of the thesis analyzes the loads acting on the steering system during optimal cornering at various radii, their transfer to individual components, and provides an estimate of the number of load cycles expected during one racing season. This is followed by a simulation of the upper steering gearbox housing subjected to forces from bevel gears, evaluating both its fatigue life and maximum deformations. The experimental part focuses on verifying the fatigue life of the bonded joint between the insert and the composite tube under torsional loading at the linkage between the upper and lower gearboxes. The experiment determines the maximum torque at which the samples can withstand a sufficient number of load cycles without failure. The lightweight gearbox housing was found to be satisfactory in terms of both deformation and fatigue life, but if used beyond a single season, inspection is recommended. The experimental results showed that the composite tubes withstood at least 10 load cycles without failure under twice the loading expected during maximum operation and were therefore evaluated as satisfactory.
This thesis focuses primarily on verifying the fatigue life of critical components in the new steering system of a Formula Student race car, for which reliable analytical calculations cannot be used. These include the bonded joint between inserts and a composite tube where the resulting fatigue performance is highly dependent on surface preparation and the adhesive used as well as a significantly lightweighted housing of the upper steering gearbox, which must be verified numerically due to its complex geometry. The computational part of the thesis analyzes the loads acting on the steering system during optimal cornering at various radii, their transfer to individual components, and provides an estimate of the number of load cycles expected during one racing season. This is followed by a simulation of the upper steering gearbox housing subjected to forces from bevel gears, evaluating both its fatigue life and maximum deformations. The experimental part focuses on verifying the fatigue life of the bonded joint between the insert and the composite tube under torsional loading at the linkage between the upper and lower gearboxes. The experiment determines the maximum torque at which the samples can withstand a sufficient number of load cycles without failure. The lightweight gearbox housing was found to be satisfactory in terms of both deformation and fatigue life, but if used beyond a single season, inspection is recommended. The experimental results showed that the composite tubes withstood at least 10 load cycles without failure under twice the loading expected during maximum operation and were therefore evaluated as satisfactory.
Description
Subject(s)
sloupek řízení, životnost, Stress-Life, lepený spoj, MKP, Marc Mentat, kompozit, uhlíkové vlákno, slitiny hliníku