Calculation investigation of the strength of the composite wheel rim



Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the research is to reduce the unsprung mass, the moment of inertia of the racing automobile’s wheel while maintaining the necessary strength due to the using of composite materials in its construction. Currently, the composite materials have been obtained a widespread usage as structural materials in the automobile assemblies and units. Particularly, the using of modern composite materials in the transmission elements of the automobile, such as drive shafts, axle shafts or wheels, makes it possible to substantially improve the performances of the wheeled vehicle: reduce the full and the unsprung weight. It is possible to point out from the modern composite materials, the polymeric composite materials having carbon fibers as a reinforcing element, which are possessing a low density and the best combining a high level of specific strength with producibility of the products. The object of the research is the racing automobile’s wheel which belongs to the class of “Formula Student”. The usage of composite materials in the construction of similar wheels, as well as the estimated evaluation of the wheel’s strength during its manufacturing from composite materials are discussed. The regulations of the competitions permit a great freedom in choosing the wheel construction. The estimated strength evaluation was carried out by the finite element method, the original finite element wheel model was developed for this purpose taking into account the anisotropic properties of the reinforced materials. The computational investigation of the strength of the selected construction showed that the rim which is made of the composite material has an excessive safety factor at the design loads. The proposed constructive decision allows to reduce the wheel weight by 33% (up to 1.68 kg) in comparison with the one-piece wheel made of magnesium alloys (2.5 kg).

About the authors

A. A Bol'shikh

Bauman MSTU

Email: bolshikh@baumanracing.ru

D. S Vdovin

Bauman MSTU

Ph.D.

G. P Eremin

Bauman MSTU

Ph.D.

References

  1. Афанасьев Б.А., Даштиев И.З. Проектирование элементов автомобиля из полимерных композиционных материалов / Под ред. Б.А. Афанасьева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 92 с.
  2. The Tire and Rim Association. (2006). 2006 Year Book - Rim Sections. The Tire and Rim Association.
  3. K. Yay and I. Ereke. Fatigue Strength of a Rim Model with FEM Using a New Approximation Technique // SAE technical paper 2001-01-3339.
  4. Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.
  5. Афанасьев и др. Проектирование полноприводных колесных машин: в 3 т. Т. 3 / Под общ. ред. А.А. Полунгяна. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 432 с.
  6. Расчет и экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния автомобильных колес на статическую нагрузку / Под ред. И.В. Демьянушко, Е.М. Логнова, В.В. Мироновой. М.: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), 2014. 48 с.
  7. Ларин В.В. Теория движения полноприводных колесных машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. 391 с.
  8. Гончаров П.С., Артамонов И.А., Халитов Т.Ф., Динисихин С.В., Сотник Д.Е. NX Advanced Simulation. Инженерный анализ. М.:ДМК Пресс, 2012. 504 с.
  9. Theander A. Design of a Suspension for a Formula Student Race Car. 2004. 74 р.
  10. Васильев В.В. и др. Композиционные материалы: справочник / Под ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.
  11. Kaw A. K. Mechanics of composite materials. Boca Raton (Florida): Taylor & Francis Group, 2006. 457 p.
  12. Pedro P. Camanho Failure criteria for fibre-reinforced polymer composites. Режим доступа: http://paginas.fe.up.pt/~stpinho/teaching/feup/y0506/fcriteria.pdf (Дата обращения 22.08.17).
  13. Соломатин Н.С. Испытания узлов, агрегатов и систем автомобиля. Тольятти: Изд-во ТГУ, 2013. 142 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2018 Bol'shikh A.A., Vdovin D.S., Eremin G.P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».