Hållfasthetsberäkning A-armar i aluminum

Hej,

Tänkte kolla om någon här är intresserad av att ställa upp med lite hållfasthetsberäkningar/analys.

Uppdraget går ut på att kolla om (och hur) det är möjligt att bygga om A-armarna på en Ultima till Aluminium och få bättre hållfasthet än nuvarande lösning och helst inte addera så mycket vikt.

Anledningen till byta A-armar är att jag vill komma ifrån en del designlösningar som inte är så bra på nuvarande och att det är mycket roligare att fräsa dem ur alu än att svetsa dem i stål

För uppdraget finns givetvis orginal i rör att tillgå för måttning mm.

Ersättningsnivån är dessvärre pinsamt låg, jag nära noll faktiskt Men åkturer med den färdiga bilen kanske kan väga upp lite iaf...

Elastighetsmodulen på Al är ca 1/3 av stål och vikten är ca 1/3 också.
För att ha samma styvhet så går det åt 3ggr så mycket Al som stål.
Lite tumme pekfinger men i krokarna där hamnar man.

Spåntant är frästa Al mer bling än vättigt.

Aluminiums vinst är ju att bygga typ plåtkonstruktioner med större "lådor" utan att det buklar sig då det kan vara tjockare väggar 1/3 vikt gör att väggarna kan ha dubla tjockleken och ändå vara större i måtten än motsvarande plåt fyrkantsrör tex. På det viset blir det mindre flex med samma vikt men inte självklart starkare... Ett lämpligt Al material kan vara 7075-T6 till bärarmar.

Mest medhåll till det fuling redan skrivit, men ja, E-modulen kommer vara den dimensionerande faktorn, cirkulärtvärsnitts rör är även väldigt bra på att motstå buckling varför det är att föredra över t.ex. fräst alubit som är svår att få ihålig.

Vill du göra riktigt lätta a-armar så ta en titt på exels kolfiberrörsortiment, svarva och fräs till ändar för lagermontering och limma ihop det hela, de ser ut såhär på Lunds andra FS bil



de ligger på strax under halva vikten mot stålarmar dimensionerade för samma last.

Re:

Pontus Fyhr skrev:

Vill du göra riktigt lätta a-armar så ta en titt på exels kolfiberrörsortiment, svarva och fräs till ändar för lagermontering och limma ihop det hela, de ser ut såhär på Lunds andra FS bil de ligger på strax under halva vikten mot stålarmar dimensionerade för samma last.

Underbart! men det är precis sådana där bilder som det borde vara förbjuden att visa för mig

undrar vad SFRo/bilprovningen tycker om att jag limmar ihop mina A-armar?

Re:

Pontus Fyhr skrev:

...ta en titt på exels kolfiberrörsortiment...

Länk?

www.exel.net

Edit
http://www.exelcomposites.net/portal/productdatabase?A=loadProductGroup&s=Products&groupId=39

Tackar Roger.

Kenson, jag skulle nog kunna skaka fram våra mätfiler från ett par prototyparmar i precis samma utförande som de där, de tog drygt 12kN i bilens X-riktning innan jiggen vi fäst dem i gick sönder, belastningen i din bil kan nog bli större än så dock, beroende på däck och uprightens höjd, men rätt dimensionerat fungerar det väl. Rören kostar nog rätt mycket dock, men det är en väldigt intressant metod för att tillverka A-armar, största problemet vi hade är tillverkning av yttre hylsan som kräver väldigt exakt delning på vinkeln, dessutom kompromissade vi lite och gjorde den limfogen utvändig på röret, lite vikt kunde sparats på att göra den invändig men tillverkningen är då ännu krångligare.

Vi använde Loctite 3425 i limfogen, http://tds.loctite.com/tds5/docs/3425-EN.PDF

Limande kolfiber A-armar säger jag nej till direckt på en gat bil som både går snabbare och längre än en formulastudent bil.
Jag har varit inblandad i luleås formula bilar och kolfiber a-armarna dom har funkar ganska bra en sesång sen börjar limningarna säga upp sig och allt rasar samman. Första året användas kolfiber/alumec och det blev galvaniska reaktioner på bara båtresan över till england och sen började det säga upp sig stag. Titan/kolfiber hölbättre men inget jag skulle våga ha på en fullstor bil.

Våra stag höll också jävligt bra i testriggen men det var efter ett tag dom blev riktigt dåliga.

Re:

Ajden skrev:

Limande kolfiber A-armar säger jag nej till direckt på en gat bil som både går snabbare och längre än en formulastudent bil. Jag har varit inblandad i luleås formula bilar och kolfiber a-armarna dom har funkar ganska bra en sesång sen börjar limningarna säga upp sig och allt rasar samman. Första året användas kolfiber/alumec och det blev galvaniska reaktioner på bara båtresan över till england och sen började det säga upp sig stag. Titan/kolfiber hölbättre men inget jag skulle våga ha på en fullstor bil. Våra stag höll också jävligt bra i testriggen men det var efter ett tag dom blev riktigt dåliga.

Jo jag har hört om de problemen och skulle vilja säga att det snarare ligger i dålig jiggning/isolering av KF-alu, med en rak limspalt och ingen kontakt i ändan ska det inte vara något problem.

Men jag håller med om att det kanske inte är en optimal lösning för en gatbil, korrekt utformade och dimensionerade stålarmar är väldigt nice.

Vore det inte enklare att använda CrMo?

Re:

Kimmen skrev:

Vore det inte enklare att använda CrMo?

Jo och det vore ännu enklare att köpa en Porsche

Skall man uppgradera så är det ju roligare att göra något som syns och är lite kul. CrMo har jag ju redan.

Vad skulle fördelen med CrMo vara mot vanligt "fulstål"?

För att göra något utmanande, konstruera istället armarna rätt, jag har tittat på en del bilder från din bil, ska du bygga om infästningarna eller köra med bussningar i inre ändan fortfarande? Eller ligger planera mot att byta ut dem mot ledlager, i så fall, kommer du bygga om infästningarna, som de sitter nu är ledlager ingen bra ide. Du kommer få axiell belastning i ledlagret, om du kör med gängat kommer du ha böjpåkänningar i gängorna, hur gör du i ytterändan? Har du läst diskussionen i DAPs audiprojekttråd om A-armar och dess infästningar/camberjustering etc?

Det finns en hel del "utmaningar" annat än materialval och tillverkningsmetoder.

Re:

Pontus Fyhr skrev:

Vad skulle fördelen med CrMo vara mot vanligt "fulstål"?

Han ville väl ha en hållbarare framvagn och om han hade haft fulstål (vilket han nu inte hade) och "uppgraderat" till CrMo borde den väl bli mer hållbar tycker jag.
På bla. quadracers byter nästan alla som tävlar till CrMo för att bärarmarna i fulstål inte håller.
Nu är jag ingen ingengör men det känns tveksamt om man uppgraderar eller nergraderar om man byter från CrMo till Alu i bärarmarna.

Brukar det inte finnas kuligare former att få Alumaterial i än stål?
Nu är jag osäker på om kvalitéerna som stänggjuts lämpar sig för Aarmer men det finns ju diverse internförstärkta rörprofiler etc.

Den dag vi får se A-armar i Kolfiberlaminat på produktionsgatbil (tex Lotus el Caterham) så kanske det kan vara nåt att undersöka.
Är rörAarm lämpligaste konstruktionen om man utgår från kolfiber förresten? Kanske formen från pressade plåtarmar är bättre som laminat? Jp jag vet vad som används i formelbilar, men det kanske finns andra lösningar i täckta bilar.
Ett tiotal års flex är nog inte det enklaste att hantera i alla fall (ett tidsmått helt taget ur luften (som en stålarm inte har problem med)).

Behöver man CrMo-stål i bärarmarna för att de skall hålla så flexar de för MYCKET.
Mao felkontruerade.
Elastiseitetsmodelen är i det närmaste lika på fulstål och CrMo.
Skilanden är att CrMo kan flexa, böja, vrida sig mer än fulstål innan matrialet flyter och sen går sönder.

Så ha CrMo bärarmar är bara onödigt.

Vad är det som gör att det bara är e-modulen som är intressant och inte sträckgränsen ?

Är det att bärarmen är så lång , slank och har ledade infästningar , så att det är Eulerknäckningen som begränsar ?

Re:

NallePuh skrev:

Vad är det som gör att det bara är e-modulen som är intressant och inte sträckgränsen ? Är det att bärarmen är så lång , slank och har ledade infästningar , så att det är Eulerknäckningen som begränsar ?

Mycket intressant fråga. Jag gissar att moderna analysprogram tar hänsyn till Eulers teorier om knäckning beroende på infästning. (Har det försändrats eller är hans teorier från 1700talet fortfarande "korrekta"?)

Kolla hur mycket böjning man får om man ligger i närheten av sträckgränsen. Med störata sannolikhet så så blir flexet för stort.
och har man spänningskonsentrtioner har man gjort FEL.
Samma sak om man ligger på elastisk knäcking(eller vafa... det heter), är det för vekt.
Mao utformingen av bärarmar styr mer än matrialet.
Sen skall hälst inte bärarmar var för styft häller, bättre knäcka bärarmar än chassit om man far av vägen/banan.


Ja elastisetetsmodelen gällde på stenåldern, även om Nissarna då inte viste vad det var, och gäller nu också.

Re:

NallePuh skrev:

Vad är det som gör att det bara är e-modulen som är intressant och inte sträckgränsen ? Är det att bärarmen är så lång , slank och har ledade infästningar , så att det är Eulerknäckningen som begränsar ?

Beroende på hur infästningen ser ut och hur armen är konstruerad, men kort sagt, ja.

Det är inte heller något moderna analysprogram tar hänsyn till om man inte berättar det för dem, inte i de jag arbetat med i alla fall.

Det är även på grund av detta ihåliga cirkulära tvärsnitt är att föredra i de flesta fall då buckling kommer inträffa i den minst tröga riktningen oavsett lastens riktning, varför elliptiska tvärsnitt och andra påhitt inte ger några fördelar annat än aerodynamiska.

För att göra konstruktionen så lätt som möjligt bör även så stor ytterdiameter och så liten väggtjocklek som är praktiskt möjligt (packning och vad man klarar av att svetsa) att föredra.

Re:

Ajden skrev:

Limande kolfiber A-armar säger jag nej till direckt på en gat bil som både går snabbare och längre än en formulastudent bil. Jag har varit inblandad i luleås formula bilar och kolfiber a-armarna dom har funkar ganska bra en sesång sen börjar limningarna säga upp sig och allt rasar samman. Första året användas kolfiber/alumec och det blev galvaniska reaktioner på bara båtresan över till england och sen började det säga upp sig stag. Titan/kolfiber hölbättre men inget jag skulle våga ha på en fullstor bil. Våra stag höll också jävligt bra i testriggen men det var efter ett tag dom blev riktigt dåliga.

Jag skulle tro att man med kolfiber snarare ställer till det för sig själv än får någon egentlig prestanda fördel. Till och med F1 bilar kör i en del fall med bakre bärarmar av svetsat stål utan att det verkar vara något egentligt problem. De flesta Le Mans bilar som byggs med budget i mångmiljon klassen kör även dem vanligen med stålbärarmar. Skulle tro att de flesta kör med ett CrMo stål som 4130, antingen i "streamline" utförande eller runda rör om grejorna inte sitter i luftflödet. Vill man sedan ta detta ett steg längre så kan man svetsa ihop grejorna i en skyddad atmosfär och värmebehandla komponenterna efter svetning så att man får en god kombination av slagseghet och styrka och en mycket bra svetsfog.

Fördelen med CrMo jämfört med ett kolstål är bland annat att CrMo har bättre egenskaper utmattningsmässigt, och risken att grejorna ska gå sönder eller böjas då de utsätts för en kraft över den normala belastningen är mindre. Aluminium saknar utmattningsgräns och tappar styrka med tiden (åldras), då det inte heller ger någon direkt fördel ser jag ingen mening med att bruka aluminium till bärarmar.