Stäbe aus ultrahochmolekularem Polyethylen als wirksame Konstruktionslösung für die Aufhängungen eines Solarfahrzeugs der Kreuzerklasse

Abstract

Ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) ist eine Untergruppe des thermoplastischen Polyethylens, das sich durch extrem lange Ketten auszeichnet und dadurch ein sehr zähes und widerstandsfähiges Material ist. Aufgrund seiner bemerkenswerten spezifischen mechanischen Eigenschaften wird sein Einsatz allmählich auf zahlreiche Anwendungsbereiche ausgeweitet. Diese Studie beschreibt, vielleicht zum ersten Mal, wie das UHMWPE eine gültige Materiallösung bei der Konstruktion und Optimierung von Aufhängungen für den Einsatz im Automobilbereich darstellen kann, insbesondere bei extrem leichten Fahrzeugen, wie z.B. bei Solarautos. In dieser Designstudie ermöglichten UHMWPE-Stäbe die Sicherstellung spezifischer kinematischer Trajektorien, Funktionalitäten und Gesamtleistungen in einem außergewöhnlich leichten Aufhängungssystem, das für ein innovatives Solarfahrzeug mit mehreren Insassen entwickelt wurde. Diese Stäbe reduzierten das Gewicht um 88 % im Vergleich zu klassischen Konstruktionslösungen mit ähnlichen Funktionen und boten gleichzeitig eine hohe Steifigkeit und Genauigkeit bei den Bewegungen. Es wurde eine Versuchskampagne durchgeführt, um das Ratschenverhalten und andere mechanische Eigenschaften zu bewerten, die für eine angemessene Konstruktion und Verwendung erforderlich sind.

1. Einleitung

Bei einigen hochmodernen Anwendungen im Bauwesen, wie z.B. der Konstruktion von mit Solarenergie betriebenen Fahrzeugen, muss der Konstrukteur Materialien mit der höchstmöglichen spezifischen Steifigkeit und spezifischen Festigkeit verwenden, um ein minimales Gewicht zu erreichen.

Die Solarfahrzeuge sind innovative Prototypen, die für lange Rennen unter extremen Bedingungen bestimmt sind, wie z.B. die sonnigen und endlosen australischen Wüstenstraßen der World Solar Challenge . Die Minimierung des Gewichts ermöglicht es, zusammen mit anderen technischen Details und Tricks, die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern, was ein Schlüsselfaktor für einen erfolgreichen Solarprototyp ist. Aus der Perspektive der Konstruktion eines Aufhängungssystems für diese Anwendung und abgesehen von allen anderen Überlegungen, die für das traditionelle Automobildesign typisch sind, muss der Konstrukteur mit äußerster Sorgfalt vorgehen, um jede Art von Energiedissipation zu reduzieren.

Daher muss das Auto stabil auf der Straßenoberfläche laufen, die Vibrationen müssen minimal sein und die Trägheit in Bezug auf Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen muss begrenzt sein. In der Praxis bedeutet dies, dass die Konstruktion direkt auf steife, leichte und präzise Aufhängungen ausgerichtet sein muss. Die Möglichkeit, diese Ergebnisse zu erzielen, hängt auch mit der Wahl des Materials zusammen.

Betrachtet man die bekannten Ashby-Diagramme, so kommt man zu dem Schluss, dass die Wahl auf kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffsandwiches (CFK) bei Biegebelastung oder zur Energieabsorption und auf Laminate in den anderen Fällen beschränkt werden sollte, wobei die Möglichkeit besteht, Metalle zu verwenden, wenn andere Bedingungen gegen die Verwendung von Verbundwerkstoffen sprechen (z. B. hohe Kontaktspannungen, Querbelastung und Exposition). In sehr speziellen Fällen, in denen geometrische oder funktionelle Einschränkungen bestehen, wie z.B. bei der Aufhängung, kann der Konstrukteur auch andere Werkstoffe, wie z.B. Hochleistungspolymere, in Betracht ziehen.

Die hier vorgestellten Studien waren Vorarbeiten für die Konstruktion einer Voll-CFK-Aufhängung für das Solarfahrzeug Emilia 4, ein Solarfahrzeug für mehrere Personen, das von der Universität Bologna in Zusammenarbeit mit der Onda Solare Solar Car Association entworfen und entwickelt wurde. Das Fahrzeug gehört zur Cruiser-Klasse gemäß den Regeln der World Solar Challenge und ist ein viersitziger Rennprototyp. Das Fahrzeugmodell wurde im Juni 2018 vorgestellt und hat im Juli 2018 die American Solar Challenge gewonnen. Bei dieser Veranstaltung legte das Fahrzeug 2700 km ausschließlich mit Solarenergie zurück, was einen guten Kompromiss zwischen den verschiedenen Designentscheidungen darstellt. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Suche nach effektiven Designlösungen für die Aufhängungssysteme gerichtet. Die allgemeine Form des Fahrzeugs ist in Abbildung 1 dargestellt, wobei die Lage der Aufhängungssysteme transparent ist.

Abbildung 1
Der Solar Cruiser Emilia 4.

Für zusätzliche Details ist der Konstruktionsprozess des Fahrzeugchassis in dargestellt. Die gesamte Fahrzeugkarosserie wurde in CFK/Polymerwaben-Sandwichbauweise hergestellt, während alle anderen mechanischen Komponenten aus CFK-Laminaten bestehen.

Im Gegensatz zu den meisten technischen Anwendungen werden bei Wettbewerbsfahrzeugen die wichtigsten Konstruktionsrichtungen durch die Regeln des Rennens vorgegeben, für das sie bestimmt sind (z. B. ). Diese Anforderungen beziehen sich insbesondere auf Aspekte wie Gesamtabmessungen, Sicherheit, Sichtbarkeit, Fahrbarkeit und Eigenschaften von Solarzellen und Batterien. All diese technischen Zwänge in Verbindung mit dem allgemeinen Konstruktionsziel, den Energieverbrauch zu senken, führten im Hinblick auf die mechanischen und strukturellen Aspekte zu einer aerodynamischen Optimierung und zu einem Gesamtgewicht des Fahrzeugs von weniger als 330 kg. Zusammen mit 320 kg, dem Standardgewicht von vier Passagieren, betrug die Gesamtbelastung der vier Aufhängungen 650 kg.

Das Aufhängungssystem ist in unserem Fall der einzige bewegliche Teil des Fahrzeugs, da sich die Elektromotoren in den Hinterrädern befinden, so dass keine Antriebswellen oder Differentiale benötigt werden.

Im Allgemeinen ist die Aufhängung eines Fahrzeugs eine Anordnung von Hebeln und elastisch verformbaren Elementen, die, indem sie die ungefederten Massen mit den aufgehängten Massen verbindet, die Aufgabe hat, die Karosserie in der Schwebe zu halten, eine vorher festgelegte Verteilung der variablen Kräfte – der auf die Räder einwirkenden Kräfte sowohl bei der Traktion als auch bei der Kurvenfahrt und beim Bremsen – zu realisieren und die Stöße zu reduzieren, die bei der Fahrt des Fahrzeugs auf der Straßenoberfläche auftreten. Die Aufhängung umfasst also alle Teile, die die Räder mit dem Rahmen verbinden. Im Allgemeinen besteht sie aus drei Hauptteilen: einem strukturellen Teil, einem elastischen Teil und einem dämpfenden Teil (der in unserer Fallstudie nicht in einem einzigen Element konzentriert ist). Der strukturelle Teil besteht aus einer Reihe von Hebeln, die die Aufgabe haben, die Aufhängung und damit das Rad in seiner Bewegung relativ zum Fahrgestell zu führen.

Das für die vordere Aufhängung gewählte Design, das im Mittelpunkt dieser Arbeit steht, ist in Abbildung 2 dargestellt. Sie besteht aus einer Längslenkeraufhängung, die für lange gerade Straßen geeignet ist, wie sie bei den Wettbewerben über 3000 km vorkommen, mit einer querliegenden Blattfeder, die auch eine Antirollfunktion hat, da sie mit beiden Vorderrädern verbunden ist.

Abbildung 2
Aufbau der Vorderradaufhängung mit der rot dargestellten Stange.

Die Aufhängungsarchitektur umfasst ein unter Spannung stehendes Pleuel, das den oberen Lambda-Form-Arm (oder oberen Arm) mit der Blattfeder verbindet. Im Grunde ist das Fahrzeug an diesem Pleuel aufgehängt, das die Last auf das Lambda-Element und dann über eine Säule auf das Rad überträgt.

Dieses Pleuel muss sehr klein sein, um in das Aufhängungsschema zu passen, aber vor allem muss es an seinen Enden kugelförmige Gelenke haben, weil die Kinematik des Lambda-Elements das obere Ende des Pleuels dazu bringt, sich auf einem Kreis in der Sagittalebene zu bewegen, während sich das untere Ende während der Verformung der Blattfeder in der Transversalebene bewegt.

Nach diesen Überlegungen wurden verschiedene Möglichkeiten untersucht und verglichen, darunter die Verwendung von Streifen aus ultrahochmolekularem Polyethylen (Handelsname Dyneema oder Spectra).

Die mechanischen Eigenschaften von UHMWPE-Fasern bei Raumtemperatur sind für den Konstrukteur im Vergleich zu Lösungen auf Metall- oder Verbundstoffbasis recht interessant, und die Verwendung dieser Polymerstreifen kann zu einem wesentlich leichteren und kompakteren Bauteil führen.

Bei einer Dichte von 975 kg/m3 hat ein typisches Dyneema-Garn einen Elastizitätsmodul von 110 GPa und eine Zugfestigkeit von 3400 MPa.

Heutzutage werden diese Materialien in vielen sportlichen Anwendungen eingesetzt, die ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit erfordern, wie z. B. bei Sonnensegeln, Aufhängungsleinen für Gleitschirme oder Fallschirme und bei Takelage für den Segelsport. Sie werden auch beim Bogenschießen oder als Sportfischereileinen in Form von Monofilamenten verwendet. Schließlich werden sie auch wegen ihrer Abriebfestigkeit beim Klettern verwendet. In der Industrie werden UHMWPE-Fasern für Seile und Tauwerk in der Offshore-Öl- und Gasindustrie sowie in der industriellen Schifffahrt verwendet. Ihre Abriebfestigkeit und chemische Beständigkeit machen diese Seile außerdem zu einer attraktiven Alternative zu Metalldrähten und -kabeln in korrosiven Umgebungen.

UHMWPE-Fasern werden auch als Bestandteil von Hochleistungssegeln verwendet, oft in Kombination mit einer kriechfesten Faser wie Kohlenstoff oder Kevlar. Das Problem des Kriechens, d. h. die Tendenz, sich bei statischer Belastung im Laufe der Zeit immer stärker zu verformen, wurde erstmals bei biomechanischen Anwendungen berücksichtigt.

Im Allgemeinen müssen zusätzliche Konstruktionsverfahren eingesetzt werden, um die Beständigkeit gegen Kriechen und Ratschen zu gewährleisten.

Ratschen ist definiert als die fortschreitende Anhäufung plastischer Verformung in Werkstoffen, die einer spannungsgesteuerten zyklischen Belastung mit einer Mittelspannung ungleich Null ausgesetzt sind. Diese Akkumulation schreitet mit zunehmender Anzahl der Zyklen fort und führt möglicherweise zum Versagen.

Eine sehr begrenzte Anzahl von Referenzen kann über die Charakterisierung von thermoplastischen Fasern oder Bändern bei Zug-Zug-Ermüdungsbelastung gefunden werden.

Es gibt einige Forschungsstudien über das Ratschenverhalten von UHMWPE-Masse unter ein- oder zweiachsiger Belastung, wobei auch die Wirkung von Additiven, insbesondere für biomechanische Anwendungen, berücksichtigt wurde, aber nach Kenntnis der Autoren gibt es keine Studien in der wissenschaftlichen Literatur über das Ratschenverhalten von UHMWPE-Fasern, -Garnen oder -Bändern.

2. Materialien und Methoden

In diesem Abschnitt werden die Anforderungen an die möglichen Konstruktionslösungen, einschließlich UHMWPE-Streifen, detailliert beschrieben. Für dieses Material wird die Charakterisierung der Ratsche gezeigt und ein Verfahren vorgeschlagen, das seine Verwendung im Aufhängungssystem ermöglicht.

Die Stange muss eine statische Axiallast tragen, die dem Anteil des Gewichts der Passagiere und des Fahrzeugs entspricht, der auf der spezifischen Achse lastet. Darüber hinaus ist sie dynamischen Belastungen ausgesetzt, die durch die normalen vertikalen Schwingungen während der Fahrzeugbewegung und schließlich durch Stöße infolge des Aufpralls auf Hindernisse verursacht werden.

Für die vordere Aufhängung, an der sich die Stangen befinden, wird davon ausgegangen, dass die statische Belastung für ein einzelnes Rad 0,5 kN beträgt, wenn das Fahrzeug unbeladen ist, und 1 kN, wenn das Fahrzeug vier Fahrgäste befördert. Die dynamische Last wird als ein Vielfaches der statischen Last betrachtet und auf maximal 2 kN bei normaler Fahrt (Arbeitslast) und maximal 5 kN bei Stößen (Worst-Case-Last) festgelegt. Alle diese Kräfte belasten die Stangen ausschließlich in Zugrichtung.

Die Angaben zu den negativen und positiven Hüben des Rades wurden für die Auslegung der Blattfeder verwendet und sind für die Wahl der Stange nicht von Bedeutung, vorausgesetzt, sie ist deutlich steifer als die Blattfeder.

In Abbildung 3 ist die Kinematik der Aufhängung anhand der beiden Extrempositionen in Seiten- und Frontalansicht dargestellt.

Abbildung 3
Schema der Kinematik der Aufhängung, die Stange ist rot dargestellt.

Eine allgemeine Anforderung an dieses Element ist, dass es handelsüblich und möglicherweise für eine bestimmte Belastung zertifiziert ist. Dies schloss die Möglichkeit aus, ein Element aus gewelltem Stahldraht zu verwenden, das sehr effektiv gewesen wäre, aber diese sind für so hohe Belastungen in kleinen Abmessungen (unter 150 mm, alles eingeschlossen) nicht erhältlich.

Unterschiedlich zur Metalllösung muss ein polymeres Bauteil hinsichtlich des zeitabhängigen viskoplastischen Verhaltens bewertet werden, was im nächsten Abschnitt beschrieben wird.

2.1. Ratcheting-Bewertung

Da das Gewicht des leeren Fahrzeugs auf der vorderen Aufhängung nur einen sehr kleinen Teil der Bruchlast ausmacht, wurde aufgrund des bevorstehenden ersten Rennens des Solarfahrzeugs beschlossen, eine zeitaufwändige Kriechversuchskampagne zu überspringen und die Komponenten direkt unter Ratcheting-Bedingungen zu testen.

Ein lastgesteuerter zyklischer Test wurde auf einer servohydraulischen Instron 8033 Maschine durchgeführt, die mit einer 25 kN Kraftmessdose ausgestattet war. Die Frequenz betrug 0,5 Hz und das Lastverhältnis war variabel, wobei die Mindestlast stets bei 1 kN lag (was einem Anteil des Gewichts des Fahrzeugs und der Insassen an einem einzelnen Vorderrad entspricht). In Abbildung 4 ist das System zur Belastung der Probe zu sehen.

Abbildung 4
Polymere Probe auf den Spannzeugen montiert und auf Zug belastet.

Es wurden drei Arten von Prüfungen mit sinusförmiger zyklischer Belastung an jeweils drei Proben durchgeführt:(i) Stufenprüfung bis zum Bruch, bei der die Mindestlast von 1 KN konstant gehalten und die Höchstlast alle 10 Zyklen auf 2 kN erhöht wurde(ii) Zyklische Prüfung zwischen 1 und 2 kN für 10000 Zyklen bei 0.5 Hz, was der normalen Fahrbedingung während des Rennens entspricht(iii) Zyklische Prüfung zwischen 1 und 5 kN für 10000 Zyklen bei 0,5 Hz, was den ungünstigsten Fall darstellt, der während des Rennens in einer sehr begrenzten Anzahl von Fällen (10-20) auftreten kann. Danach folgt eine Ruhezeit von 7 Tagen bei einer konstanten Belastung von 1 kN. Danach, an derselben Stange, ein zyklischer Test zwischen 1 und 2 kN für 10000 Zyklen bei 0,5 Hz

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1. Stabdesign: Konventionelle Konstruktion mit Aluminiumstäben und kugelförmigen Anschlüssen

Die naheliegende kommerzielle Lösung ist ein Aluminiumstab mit zwei kugelförmigen Anschlüssen, wie in Abbildung 5 zu sehen ist, der nach ISO 12240-4 aus dem Katalog berechnet wird, der z.B. in erhältlich ist. Unter Berücksichtigung der oben genannten Belastungen ergibt sich ein Paar handelsüblicher Kugelköpfe, die aus den in Tabelle 1 aufgeführten Typen ausgewählt und durch eine Aluminiumsäule verbunden werden. Die minimale Gesamtlänge () der Stange reicht von 78 bis 108 mm und das Gesamtgewicht reicht von 26 bis 52 Gramm plus einige Gramm des Gewichts der Aluminiumsäule.

Abbildung 5
Konventionelle Metalllösung.

Typ (mm) (mm) (mm) (mm) l2 (mm) (mm) Dynamische Last (kN) Statische Last (kN) Gewicht (g)
Stahl auf Bronze 18 M6x1 30 13 39 9 4.3 5.3 26
Stahl auf Stahl 21 M5x0.8 30 11 42 6 3.4 8.1 13
Stahl auf Metall/PTFE 20 M6x1 30 25 54 9 4.3 5.3 21
Stahl auf PTFE 18 M6x1 36 22 45 9 4.3 5.3 19
Tabelle 1
Mögliche handelsübliche Kugelverbindungen.

Die Steifigkeit der Stange wird durch das Aluminiumteil dominiert, ist aber kein Problem, sobald sie viel höher ist als die der Feder.

Andererseits wird in diesem Fall die Mindestlänge durch die Kopfgeometrie bestimmt und auch der Kopfdurchmesser kann auf der einen Seite zu groß sein, um in die Blattfeder zu passen, und auf der anderen Seite ist der Durchmesser des Verbindungsbolzens () aufgrund der Größe des Kopflochs auf 6 mm begrenzt. Dies könnte bei der Verbindung mit dem Lambda-Element aufgrund der hohen Kontaktdrücke auf die CFK-Lagen ein Problem darstellen.

3.2. Unkonventionelle Konstruktion durch Polymerelemente

Nach diesen Überlegungen wurde die Möglichkeit der Verwendung eines handelsüblichen Polymerelementes untersucht. Es wurden Kevlarseile mit einem Durchmesser von 12 mm und einem Nennwiderstand von 20 kN getestet, aber beim Crimpen traten die gleichen Probleme auf wie bei Metalldrähten, und das Anbringen von Knoten führte zu einer starken (und schwer vorhersehbaren) Verringerung des Nennwiderstands, wodurch der Vorteil des handelsüblichen Elements zunichte gemacht wurde. In Abbildung 6 ist die Auswirkung verschiedener Knotentypen auf das quasistatische Verhalten des Seils dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Anziehen des Knotens zu großen Verlagerungen bei sehr geringer Belastung führt. In keinem Fall ist die Bruchfestigkeit nahe der Nennfestigkeit und auch die Gesamtsteifigkeit ist für die Anwendung nicht geeignet.

Abbildung 6
Mechanisches Verhalten eines Kevlarseils mit verschiedenen Knotenarten.

Schließlich wurde ein genähter Dyneema-Streifen, der für das Bergsteigen verwendet wird und mit einer CE-Kennzeichnung für 22 kN eingestuft ist, wie in Abbildung 7 dargestellt, als mögliche Lösung identifiziert.

Abbildung 7
Handelsübliches genähtes Dyneema-Band mit 22 kN Nennkraft.

Die Mindestlänge beträgt 100 mm, das Gewicht 6 Gramm, die Breite 10 mm und der Durchmesser des Kopfes entspricht dem Durchmesser des Bolzens plus dem Zweifachen der Dicke des Bandes, also 2 mm. Diese Streifen können mit der Blattfeder und dem oberen Lambda-Element mit Hilfe von 12-mm-Stiften verbunden werden, was zu einem relativ geringen Anpressdruck auf den Verbundstoff führt.

3.3. Ratcheting-Verhalten

In Abbildung 8 ist ein typisches Stufentest-Ergebnis dargestellt. Es ist ein Ratcheting-Verhalten zu erkennen, das in den ersten Zyklen deutlicher ist und den niedrigeren Belastungen entspricht. Die Bruchlast ist höher als die zertifizierte Last und entspricht einer Verschiebung von 14 mm.

Abbildung 8
Stufentest-Ergebnisse.

Abbildung 9 zeigt die maximale (rot) und minimale (blau) Verschiebung, die der maximalen (5 kN) bzw. minimalen (1 kN) Last innerhalb des Zyklus entsprechen.

Abbildung 9
Ratcheting-Testergebnisse 1-5 kN.

Es zeigt sich, dass nach einem starken Anstieg in den ersten Zyklen der Ratcheting-Effekt zur Verlangsamung neigt.

In Abbildung 10 sind die typischen Ergebnisse der drei Tests dargestellt (beachten Sie, dass in diesem Fall die Anzahl der Zyklen in einer logarithmischen Skala angegeben ist). Man kann die stabilisierende Wirkung einer vorherigen Belastung von 1-5 kN auf die mit 1-2 kN belasteten Proben erkennen. Die vorgespannten Streifen beginnen also mit einer um 2,6 mm größeren Länge als die handelsüblichen, aber das Ratschenverhalten aufgrund der Betriebslast (1-2 kN) ist drastisch reduziert. Dies lässt sich durch zwei unterschiedliche Phänomene erklären, die während der Belastung zwischen 1 und 5 kN auf zwei verschiedenen Maßstäben auftreten. Auf molekularer Ebene richten sich die langen Polyethylenketten des Einzelstrangs entlang der Belastungsrichtung aus. Auf mikroskopischer Ebene verdichten sich die Stränge des Schusses und der Kette des Bandes und richten sich entlang der Belastungsrichtung aus, wie in den rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen in Abbildung 11 zu sehen ist, wo unbehandelte und trainierte Bänder verglichen werden.

Abbildung 10
Ratschversuchsergebnisse bei verschiedenen Belastungsfolgen.

(a)
(a)
(b)
(b)

(a)
(a)(b)
(b)

Abbildung 11
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen: (a) unbearbeitete Probe, (b) Probe nach einer Prüfung mit 1-5 kN.

Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, den UHMWPE-Stab zu verwenden, wenn man ihn vor der Montage mit einer höheren Last als der Nennlast trainiert, um die Aufhängung mit der richtigen Ausgangslänge zu registrieren.

Das vorgeschlagene Trainingsprotokoll lautet wie folgt:(i) Sicherstellen, dass die maximale Worst-Case-Last niedriger ist als die maximale Nennlast, geteilt durch einen geeigneten Sicherheitsfaktor (je höher der Sicherheitsfaktor, desto geringer die Dehnung des Bandes in der Trainingsphase)(ii) Anwendung der maximalen Worst-Case-Last für eine Anzahl von Zyklen, die der Einsatzdauer des Bauteils entspricht, bei realistischer Frequenz(iii) Statisches Halten der Stange auf dem Mindestniveau der zyklischen Last für die gleiche Zeitdauer des zyklischen Trainings(iv) Messen der Stangenlänge, um die Montageanordnung anzupassen

4. Schlussfolgerungen

Der Entwurf einer Stange für eine leichte Fahrzeugaufhängung wurde gezeigt. Die Analyse der möglichen Konstruktionslösungen, d.h., eine konventionelle Metallstange mit handelsüblichen Kugelverbindungen und ein handelsübliches polymeres UHMWPE-Element, zeigte, dass letzteres einige Wettbewerbsvorteile in Bezug auf Gewicht und reduzierte Abmessungen bieten konnte.

Es wurde jedoch festgestellt, dass in diesem Fall das Kriech- und Ratschenverhalten ein Problem darstellen könnte, das auf zwei Hauptmechanismen zurückzuführen ist: die Ausrichtung der langen Polyethylenketten auf molekularer Ebene und die Verdichtung und Ausrichtung der Stränge des Schusses und der Kette des Bandes auf mikroskopischer Ebene in Richtung der Belastung.

Geeignete mechanische zyklische Versuchstests haben gezeigt, dass die Dehnung der Stange bei einer Belastung von 1 kN nach Anwendung der Arbeits- und der Worst-Case-Belastung 2 bzw. 3,2 mm beträgt.

Durch die Anwendung eines spezifischen Trainingsprotokolls wurde eine vollständige Stabilisierung der Stange in Bezug auf das Ratschen erreicht, mit einer leichten Dehnung, die in Bezug auf die nicht trainierten Komponenten berücksichtigt werden muss.

Die trainierten UHMWPE-Stangen wurden durch die erwähnten Tests für die Aufhängung qualifiziert, sowohl in Bezug auf die maximale Last als auch auf die Dimensionsstabilität, und sie wurden tatsächlich auf dem Cruiser-Class Vehicle “Emilia 4” montiert, das die 2018 Ausgabe der American Solar Challenge gewonnen hat.

Datenverfügbarkeit

Die experimentellen Daten, die zur Untermauerung der Ergebnisse dieser Studie verwendet wurden, sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Interessenkonflikte

Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben.

Danksagungen

Diese Forschung wurde von Onda Solare Solar Car Association unterstützt. Besonderer Dank gilt schließlich Ana Pavlovic, Giacomo Baschetti und Davide Peghetti für ihre persönlichen Beiträge. Diese Forschungsarbeit wurde vom italienischen Ministerium für auswärtige Angelegenheiten und internationale Zusammenarbeit (MAECI) im Rahmen der Gemeinsamen Forschungsprojekte von besonderer Bedeutung mit dem Projekt “Zwei Sitze für ein Solarauto” im Rahmen des Exekutivprogramms für die Zusammenarbeit zwischen Italien und Serbien auf dem Gebiet der Wissenschaft und Technologie finanziert.

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