Расчетное исследование прочности композитного обода колеса

Целью работы является уменьшение неподрессоренной массы, момента инерции колеса гоночного автомобиля при сохранении необходимой прочности за счет применения композиционных материалов в его конструкции. В настоящее время композитные материалы получили широкое распространение в качестве конструкционных материалов в узлах и агрегатах автомобиля. В частности, применение современных композитных материалов в элементах трансмиссии автомобиля, таких как приводные валы, полуоси или колеса, позволяет существенно улучшить характеристики колесной машины: снизить полную и неподрессоренную массу. Из современных композитных материалов можно выделить полимерные композитные материалы, имеющие в качестве армирующего элемента углеродные волокна, обладающие малой плотностью, и наилучшим образом сочетающие высокий уровень удельной прочности с технологичностью изготовления изделий. Объектом исследования является колесо гоночного автомобиля класса «Формула студент». Предметом исследования является применение композиционных материалов в конструкциях подобных колес, а также расчетная оценка прочности колеса при его изготовлении из композитных материалов. Регламент соревнований допускает большую свободу в выборе конструкции колеса. Расчетная оценка прочности проведена методом конечных элементов, для этого разработана оригинальная конечно-элементная модель колеса с учетом анизотропных свойств армированных материалов. Численное исследование прочности выбранной конструкции показало, что обод из композиционного материала обладает избыточным запасом прочности при расчетных нагрузках. Предложенное конструкторское решение позволяет уменьшить массу колеса на 33% (до 1,68 кг) по сравнению с целиковым колесом из магниевых сплавов (2,5 кг).

колесо, композитный обод, композитное колесо, углепластик, метод конечных элементов, спортивный автомобиль