Ajoneuvon sandwich-paneelin kennorakenteen optimointi

Abstract

Työn tarkoituksena oli tutkia, voitaisiinko Formula Student -auton sandwich-rakenteiset sivupaneelit valmistaa kevyemmästä, mutta Formula Student Germany -säännöt täyttävästä lujasta materiaalista. Työn toimeksiantajana toimi Metropolia Motorsport.

Pintalevyjen ongelmana ollut liian suuren kovuuden aiheuttama hauras käyttäytyminen ratkaistiin vaihtamalla kuidun ja sideaineen materiaalit sekä laatimalla paksummat pintalevyt. Pintalevyt suunniteltiin tehtäväksi PBO-kuidusta sekä BMI-sideaineesta, latomalla 16 kerrosta kuitua ja paksuudeksi tuli 7 mm. Liimauksessa ongelmana ollut liitoksen liian alhainen lujuus sekä pinnanmyötö ratkaistiin vaihtamalla elastiseen, mutta lujaan adheesioaineeseen.

Ytimessä päädyttiin käyttämään sekä kennoa että paisutettua vaahtoa. Paneelin ydinmateriaaliksi valikoitui näin ollen rakennetta vahvistava Nomex-kenno, jonka solut täytettiin kuituun käärityllä taipuisalla paisutetulla vaahdolla, tarkemmin taipuisalla x-aerogeelillä. Kenno paksuus suunniteltiin olevan 10 mm.

Toivottua painosäästöä ei saavutettu, mutta paneeli täyttää sääntömääräiset vaatimukset. Lisäksi paneelin edelleenoptimointi voisi osoittautua hyödylliseksi, sillä kaikkea ei saatu sisällytettyä tämän työn piiriin.

The aim of this thesis was to investigate that if Formula Student vehicle’s sandwich structure side panels could be manufactured from any lighter yet durable material that fulfil the vehicle requirements and regulations of Formula Student Germany. This thesis was commissioned by Metropolia Motorsport.

The final design of the sandwich panel uses different faceskin materials, which means that the thickness from one millimetre carbon-epoxy has been replaced by a seven millimetre PBO-BMI faceskin, and the core materials and adhesive substance have been changed entirely. This was because the faceskin tended to behave brittly and was exceedingly thin compared to an aluminium honeycomb core. Furthermore, the adhesive substance did not create a strong enough bandage.

Therefore, the selected core structure was a Nomex honeycomb, whose cells were filled with fibre wrapped rigid foam, more precisely x-Aerogel blocks. Nomex honeycomb was chosen to stiffen the structure more and to hold the aerogel blocks efficiently in place. Honeycomb height was designed to be 10 mm. Then the adhesive substance was considered, and a more elastic yet strong adhesive material was used.

Nonetheless, the desired lighter weight sandwich-panel design was not reached, but the designed panel fulfils the vehicle requirements and regulations of Formula Student Germany. Ultimately, further optimization would be highly useful, for all the areas of sandwichpanel optimization were not fitted in this thesis.