WYBRANE ASPEKTY MODELOWANIA NADWOZIA SAMOCHODU WYŚCIGOWEGO BUDOWANEGO NA ZAWODY SHELL ECO-MARATHON



Podobne dokumenty
Artykuł Autorski z wydarzenia inżynierskiego CAx Innovation - Nowoczesne technologie w projektowaniu i wytwarzaniu, Warszawa r.

Łożysko z pochyleniami

DROGA ROZWOJU OD PROJEKTOWANIA 2D DO 3D Z WYKORZYSTANIEM SYSTEMÓW CAD NA POTRZEBY PRZEMYSŁU SAMOCHODOWEGO

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII WIRTUALNEJ RZECZYWISTOŚCI W PROJEKTOWANIU MASZYN

WIRTUALNE PROTOTYPOWANIE UKŁADU KIEROWNICZEGO BOLIDU MUSHELLKA VIRTUAL PROTOTYPING OF STEERING SYSTEM OF RACE CAR MUSHELLKA

OPTYMALIZACJA ZBIORNIKA NA GAZ PŁYNNY LPG

WPROWADZENIE. Niniejsze opracowanie jest zbiorem zasad, które systematyzują reguły stosowania projektu okleiny dla autobusów PKP Intercity.

PORÓWNANIE NARZĘDZI DOSTĘPNYCH W OBSZARZE ROBOCZYM SZKICOWNIKA NX Z POLECENIAMI ZAWARTYMI W ANALOGICZNEJ PRZESTRZENI GEOMETRYCZNEJ CATIA V5

22. SPRAWDZANIE GEOMETRII SAMOCHODU

ZASTOSOWANIE METOD OPTYMALIZACJI W DOBORZE CECH GEOMETRYCZNYCH KARBU ODCIĄŻAJĄCEGO

Optymalizacja parametrów geometrycznych układu kierowniczego samochodu wyścigowego

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

Pochylenia, Lustro. Modelowanie ramienia. Zagadnienia. Wyciągnięcie/dodania/bazy, Pochylenia ścian, Lustro (ewent. wstawianie części, łączenie części)

Determination of stresses and strains using the FEM in the chassis car during the impact.

Modelowanie części w kontekście złożenia

Płaszczyzny, pochylenia, kreator otworów

Ćwiczenie nr 8 - Modyfikacje części, tworzenie brył złożonych

Inżynieria odwrotna w modelowaniu inżynierskim przykłady zastosowań

Katedra Zarządzania i Inżynierii Produkcji 2013r. Materiały pomocnicze do zajęć laboratoryjnych

SYNERGIA METOD MODELOWANIA KONSTRUKCJI NA PRZYKŁADZIE PROJEKTU SMART POWER SYNERGY OF MODELING METHODS BASED ON SMART POWER PROJECT

1.5 Diesel 88 kw (120 KM) Parametry silników Pojemność (cm³)

(12) O PIS OCHRONNY WZORU PRZEMYSŁOW EGO

POLITECHNIKA OPOLSKA

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

Współrzędnościowa technika pomiarowa wpływ interpretacji tolerancji wymiarowych na dobraną strategię pomiarową i uzyskany wynik.

Projekt połowicznej, prostej endoprotezy stawu biodrowego w programie SOLIDWorks.

Lista kategorii zdjęć

Wyciągnięcie po linii prostej w ujęciu powierzchniowym w NX firmy Siemens Industry Software

Poszukiwanie formy. 1) Dopuszczalne przemieszczenie pionowe dla kombinacji SGU Ciężar własny + L1 wynosi 40mm (1/500 rozpiętości)

Parametryzacja i więzy w Design View i Pro/Desktop (podsumowanie)

Proces technologiczny. 1. Zastosowanie cech technologicznych w systemach CAPP

Ćwiczenie 9. Rzutowanie i wymiarowanie Strona 1 z 5

Temat: Zaprojektowanie procesu kontroli jakości wymiarów geometrycznych na przykładzie obudowy.

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

Artykuł Autorski z wydarzenia inżynierskiego XII Forum Inżynierskie Stowarzyszenia ProCAx Część 1, Sosnowiec, 1 3 październik 2013

PODSTAWA OPINII Oględziny przedmiotowego pojazdu. Zaświadczenie (wyciąg z dowodu rej. BAH ).

S Y L A B U S P R Z E D M I O T U

INSTYTUT INFORMATYKI STOSOWANEJ MODELOWANIE CZĘŚCI Z WYKORZYSTANIEM PROGRAMU SOLID EDGE

Ćwiczenie nr 4 INSTRUKCJA LABORATORYJNA

Elastyczne projektowanie produktu w ZW3D. ZW3D CAD/CAM Biała księga

Chevrolet Captiva. Silnik 2231 cm³ 184 KM Data pierwszej rejestracji Rok produkcji 2011 Numer VIN KL1CG2669BB045437

Ruch granulatu w rozdrabniaczu wielotarczowym

Biuro Rzeczoznawcze Auto-Test mgr inż. Marek Nytko Tarnów Ul. Mościckiego 4 Nip

TUTORIAL: wyciągni. gnięcia po wielosegmentowej ście. cieżce ~ 1 ~

WZORU UŻYTKOWEGO PL Y BUP 11/13. ANTOS ADAM, Wilcza, PL WUP 06/14. ADAM ANTOS, Wilcza, PL RZECZPOSPOLITA POLSKA

MODEL 3D MCAD LEKKIEGO SAMOLOTU SPORTOWEGO, JAKO ŹRÓDŁO GEOMETRII DLA ANALIZY WYTRZYMAŁOŚCIOWEJ MES OBIEKTU

RYSUNEK TECHNICZNY BUDOWLANY RZUTOWANIE PROSTOKĄTNE

Wykonanie w 3ds max dowolnego samochodu

Wirtualny model samochodu

DIGITALIZACJA GEOMETRII WKŁADEK OSTRZOWYCH NA POTRZEBY SYMULACJI MES PROCESU OBRÓBKI SKRAWANIEM

INŻYNIERIA ODWROTNA W DOSKONALENIU KONSTRUKCJI

1.5 Diesel 88 kw (120 KM)

POSTĘPY W KONSTRUKCJI I STEROWANIU Bydgoszcz 2004

2.5 Aerodynamika. W = 0,5 c x A v 2 ρ

SKOMPLIKOWANY MODEL 3D MCAD WOJSKOWEGO SAMOLOTU MYŚLIWSKIEGO, NA PRZYKŁADZIE NUMERYCZNEGO ZAPISU KONSTRUKCJI MYŚLIWCA GRUMMAN F6F-5 HELLCAT

Wymiarowanie. Wymiarowanie jest to podawanie wymiarów przedmiotów na rysunkach technicznych za pomocą linii, liczb i znaków wymiarowych.

PROGRAM CERTYFIKACJI PMGMOTO+

PL B1. STOLARCZYK MIROSŁAW PRZEDSIĘBIORSTWO USŁUGOWO-HANDLOWE, Kielce, PL , XI Międzynarodowe Targi Logistyczne LOGISTYKA

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

Politechnika Poznańska

ANALIZA JAKOŚCI POWIERZCHNI I TECHNOLOGICZNOŚCI WYROBU W SYSTEMIE CATIA V5 NA PRZYKŁADZIE MODELU OBUDOWY LUSTERKA SAMOCHODOWEGO

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki KARTA PRZEDMIOTU. obowiązuje słuchaczy rozpoczynających studia podyplomowe w roku akademickim 2018/2019

DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2009/59/WE

AUTOMATYZACJA PROCESU PROJEKTOWANIA RUR GIĘTYCH W OPARCIU O PARAMETRYCZNY SYSTEM CAD

Cel i zakres pracy dyplomowej inżynierskiej. Nazwisko Imię kontakt Modelowanie oderwania strug w wirniku wentylatora promieniowego

STUDIUM WIELOZADANIOWEJ PLATFORMY PŁYWAJĄCEJ STUDY OF MULTITASKING FLOATING PLATFORM

Wykonawca wyceny : AUTO-TECHNIKA Dariusz Gromadka CCRS581/12 RS Marka: FORD Model pojazdu: FT 330 V TDCi Kat. 3.3t

Cysterny. Informacje ogólne na temat samochodów cystern. Konstrukcja. Nadwozia typu cysterna uważane są za bardzo sztywne skrętnie.

2.2. Kompleksowe narzędzia służące do modelowania typowych elementów detali

furgon z podwyższonym dachem 4 drzwiowy 3 osobowy

'MAPOSTAW' Praca zespołowa: Sylwester Adamczyk Krzysztof Radzikowski. Promotor: prof. dr hab. inż. Bogdan Branowski

Rodzaj pojazdu: Samochód ciężarowy do 3.5t WYPOSAŻENIE STANDARDOWE WYPOSAŻENIE DODATKOWE

Klasa E-10 TC Kadet. 8. Wyposażenie dodatkowe. Zabronione jest używanie dodatkowych czujników poślizgu, żyroskopów i akcesoriów wspomagających jazdę.

Ćwiczenie nr 6 Temat: BADANIE ŚWIATEŁ DO JAZDY DZIENNEJ

SolidWorks 2017 : projektowanie maszyn i konstrukcji : praktyczne przykłady / Jerzy Domański. Gliwice, cop Spis treści

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Ramy pojazdów samochodowych

WÓJCIK Ryszard 1 KĘPCZAK Norbert 2

Spis treści. Co nowego w GRAITEC Advance BIM Designers

FIAT KTÓREGO WYBRAŁEŚ

RZUTOWANIE PROSTOKĄTNE

Numeryczna symulacja opływu wokół płata o zmodyfikowanej krawędzi natarcia. Michał Durka

Systemy Optymalizacji Oświetlenia Zewnętrznego Kontekst Informatyczny. Dr hab. Leszek Kotulski, prof. AGH Dr Adam Sędziwy KIS WEAIiIB AGH

The development of the technological process in an integrated computer system CAD / CAM (SerfCAM and MTS) with emphasis on their use and purpose.

Chevrolet Orlando. Silnik 1362 cm³ 140 KM Data pierwszej rejestracji Rodzaj paliwa benzyna Data zakończenia inspekcji

DANE IDENTYFIKACYJNE POJAZDU

Wykonawca opinii : PCR ASB AUTOMOBILE s.c.

Wykonawca opinii : PCR ASB AUTOMOBILE s.c.

Modele symulacyjne PyroSim/FDS z wykorzystaniem rysunków CAD

1. WIADOMOŚCI WPROWADZAJĄCE DO PROJ. I GR. INŻ.

Zastosowanie systemu 3D MCAD UGS Solid Edge V16 do modelowania numerycznego ramowych konstrukcji nośnych maszyn przemysłu chemicznego

Zleceniodawca: FCA Leasing Polska Sp. z o.o./michał Pielat ul. Wyścigowa Warszawa. Rzeczoznawca: PCR MS Automobile RS1378 Marek Drapała

SZa 98 strona 1 Rysunek techniczny

Aleksandra Zając. Raport. Blender. Pokemon: Eevee

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE. Grafika inżynierska. Logistyka (inżynierskie) stacjonarne. I stopnia. dr inż. Marek Krynke. ogólnoakademicki.

Modelowanie powierzchniowe - czajnik

WERYFIKACJA STANU TECHNICZNEGO POJAZDU

Transkrypt:

Artur ŁACH arturlach@vp.pl Politechnika Śląska Marek WYLEŻOŁ, dr hab. inż. marek.wylezol@polsl.pl Politechnika Śląska Wojciech SKARKA, dr hab. inż. prof. nzw. w Pol. Śl. wojciech.skarka@polsl.pl Politechnika Śląska WYBRANE ASPEKTY MODELOWANIA NADWOZIA SAMOCHODU WYŚCIGOWEGO BUDOWANEGO NA ZAWODY SHELL ECO-MARATHON Streszczenie: Artykuł dotyczy procesu modelowania powłoki nadwozia pojazdu w kategorii Urban w kontekście konkursu Shell Eco-marathon. Proces modelowania prowadzony był z uwzględnieniem warunków brzegowych wynikających z regulaminu organizatora konkursu oraz z uwzględnieniem postaci geometrycznej podwozia pojazdu. W trakcie modelowania uwzględniano przede wszystkim wiele kryteriów technicznych prowadzących do polepszenia osiągów pojazdu wyścigowego. Zwrócono również uwagę na aspekt analizy poprawności krzywych i powierzchni modelu. Słowa kluczowe: modelowanie powierzchniowe, analiza krzywych i powierzchni, systemy CAx, Shell Eco-marathon. SELECTED ASPECTS OF MODELING RACE CAR BODY CONSTRUCTED FOR ECO-MARATHON COMPETITION Summary: Article refers to the process of modeling Urban category race vehicle body shell in the context of competition Shell Eco-marathon. The modeling process was carried out taking into account the boundary conditions arising from the competition organizer s regulations, and taking into account the geometrical shape of the vehicle chassis. During the modeling first of all a lot of technical criteria leading to improved race vehicle performance are taken into account. It also drew attention to the aspect of the curves and surfaces accuracy analysis of the model. Keywords: surface modeling, analysis of curves and surfaces, CAx systems, Shell Eco-marathon. 1. WPROWADZENIE Shell Eco-marathon (SEM) to wielkie światowe zawody sportowe skupiające najlepsze zespoły uniwersyteckie z całego świata, budujące pojazdy energooszczędne. Zawody wygrywa pojazd zużywający najmniej energii. Impreza ta odbywa się w Rotterdamie, Kuala Lumpur i Huston. W Rotterdamie wyścig odbywa się na torze ulicznym w centrum miasta. W zawodach bierze udział ponad 200 drużyn z uczelnianych oraz ponad 50 tys. widzów. Studencki zespół Smart Power [4] z Politechniki Śląskiej startuje w tych zawodach od 2012 roku w kategorii Prototype, a od roku 2014 też w kategorii Urban. 2. ZAŁOŻENIA PROJEKTU POSZYCIA POJAZDU Pojazd wyścigowy Bytel budowany był zgodnie z wymaganiami kategorii pojazdów 1

Urban SEM [6]. W trakcie projektowania poszycia zespół musiał uwzględnić wiele zależności wynikających z konstrukcji innych podukładów i przeznaczenia pojazdu. Zależności te zostały sformułowane jako kryteria konstrukcji poszycia: minimalizacja współczynnika oporu aerodynamicznego, technologia wykonania poszycia i elementów związanych z poszyciem, integracja podukładów pojazdu, ergonomia, spełnienie wymagań regulaminowych i wymagań bezpieczeństwa. Najpoważniejszym problemem modelowania poszycia była konieczność takiego zbudowania modelu powierzchniowego, aby w miarę elastycznie można było wprowadzać kolejne zmiany wynikające z ww. kryteriów. Z uwagi na krótki czas realizacji projektu poszycia założono na początku, że będą rozwijane dwie wersje poszycia: docelowa i uproszczona. Wersja docelowa uwzględnia ostateczną technologię wykonania jako kompozytowego poszycia oraz jej złożoność wynikającą z minimalizacji oporu aerodynamicznego. Wykonanie wersji kompozytowej uwzględniało wykonanie formy na obrabiarce CNC i dalsze wytworzenie w firmie zajmującej się produkcją kompozytowych lekkich konstrukcji lotniczych. Wersja uproszczona modelowana była jako zabezpieczenie, gdyż istniało duże prawdopodobieństwo, że docelowa wersja nie zostanie wykonana w wymaganym krótkim czasie. W wersji uproszczonej zakładano wykonanie poszycia wyłącznie jako powierzchni rozwijalnych tak, aby można było łatwo i samodzielnie je wykonać w warunkach warsztatowych używając płyt z tworzywa lekkiego. Opracowany model powierzchniowy [10,11] nie tylko musiał umożliwiać bezproblemowe i szybkie wprowadzenie zmian, ale także wykonanie poprawnej powierzchni poszycia za każdym razem tak, aby nie zakłócić obliczeń związanych z oporem powietrza. W zakresie kryterium technologii wykonania poszycia i elementów związanych z poszyciem założono, że poszycie będzie wykonane z powierzchni nierozwijalnych, które umożliwiają łatwiejsze ukształtowanie powierzchni w celu minimalizacji oporów aerodynamicznych oraz zapewniają odpowiednią jego sztywność. Konieczne było założenie odpowiednich kierunków odformowania i podziału powierzchni. Szyby pojazdu natomiast ukształtowane zostały jako powierzchne rozwijalne, gdyż ich kształtowanie jest operacją technologicznie trudniejszą. Konieczność wytworzenia formy na maszynie CNC wymusza odpowiednią jakość powierzchni, ale wcześniejsze obliczenia metodami CFD zapewniają prawidłową jakość powierzchni poszycia. Integracja podukładów pojazdu polegała na odpowiednim dopasowaniu poszycia do struktury nośnej pojazdu, a w szczególności do płyty podłogowej, która wraz z odpowiednią konstrukcją wzmacniającą tworzyły klatkę bezpieczeństwa kierowcy. Dodatkowym wymaganiem było zintegrowanie z zawieszeniem pojazdu, kołami wraz z układem napędowym, kierowniczym, deską rozdzielczą, otworami drzwiowymi, klapami bagażnika, haka holowniczego itp. Kształtowanie postaci nadwozia obejmowało również kryteria ergonomiczne, funkcjonalne i bezpieczeństwa wynikającymi z regulaminu. Zastosowana metodyka postępowania przy projektowaniu ergonomicznym została już wcześniej wykorzystana przy projektowaniu innego pojazdu [1, 2, 7,8]. 3. WYMOGI REGULAMINOWE Oprócz wymagań ogólnotechnicznych w wyścigu istotnymi ograniczeniami konstruowania jest regulamin wyścigu. Wymagania te dotyczą: a) wymiarów gabarytowych pojazdu: - długość pojazdu: 2200-3500 mm, 2

- szerokość nadwozia, bez lusterek wstecznych: 1200-1300 mm, - wysokość pojazdu: 1000-1300 mm; b) wymiarów związanych z przestrzenią kierowcy: - minimalna wysokość kierowcy : 880 mm - minimalna szerokość kabiny: 700 mm, - wielkość otworu drzwiowego w tzw. świetle : 500 x 800 mm, - przestrzeń bagażową mieszcząca bagaż o wymiarach 500 x 400 x 200 mm; c) widoczność dla kierowcy: - test polega na sprawdzeniu z wysokości 600 mm widzialności przez kierowcę słupków rozmieszczonych co 30 w półkolu o promieniu 4000 mm z przedniej części pojazdu, - ruch głowy kierowcy w granicach wnętrza pojazdu jest dozwolony, - pojazd musi być wyposażony w lusterka wsteczne na każdym boku pojazdu, każde o minimalnej powierzchni 25 cm 2 ; Pozostałe wymiary wpływające na postać nadwozia: - minimalny rozstaw osi: 1200 mm, - rozstaw kół minimum 1000 mm dla osi przedniej i 800 mm dla osi tylnej, - zakres wymiarowy obręczy: 13ʺ - 17ʺ. Specyfikacja wymiarowa zaprojektowanego pojazdu jest następująca: wysokość: 1206 mm, szerokość: 1222 mm, długość: 3181 mm, rozstaw osi: 1500 mm, rozstaw kół przednich: 1010 mm, rozstaw kół tylnych: 850 mm, rozmiar obręczy: 16ʺ. 4. PROCES POWSTAWANIA MODELU Proces modelowania nadwozia pojazdu Bytel [4] przeprowadzono jako pierwszy z wszystkich procesów projektowo-konstrukcyjnych [12]. Modelowanie nadwozia poprzedzono wykonaniem wielu szkiców odręcznych. Na ich podstawie powstało kilka wersji nadwozia, ale ze względu na ich nienajlepsze własności aerodynamiczne (zbadane za pomocą symulacji numerycznych) - zostały odrzucone (przykład takiego modelu przedstawia rys. 2). 3

Rys. 1 Jedna z analizowanych wstępnych wersji poszycia pojazdu Proces tworzenia modelu powierzchniowego podzielono na 3 główne etapy. Etap nr 1: szkice bazowe. Rysowanie szkiców bazowych w postaci rzutów płaskich przedstawiających widok pojazdu z boku, z przodu, z tyłu oraz z góry. Ich liczba jest zależna od potrzeb i doświadczenia projektanta. Zadanie to można zrealizować ręcznie, z użyciem programów graficznych, bądź też bezpośrednio w tzw. szkicowniku systemu klasy CAx (np. CATIA v5). Na rysunkach najlepiej zachować wymiary odpowiadające wielkościom rzeczywistym przyszłego pojazdu. Krzywe 3D oraz szkice służące do tworzenia podstawowych powierzchni modelu, często są wielokrotnie edytowane, a ich krzywizny zmieniane [3, 10, 11]. Dlatego też warto je rysować w oparciu o wcześniej wykonane rysunki bazowe, będące jednoznacznie zdefiniowanym zarysem koncepcji. W przypadku przedstawionego nadwozia, jego modelowanie oparto o jeden szkic podkładowy. W początkowym etapie prac wsparto się możliwościami, jakie daje moduł Ergonomics Design & Analysis systemu CATIA v5. Wykorzystany w tym celu fantom ma 165 cm wzrostu i jest odwzorowaniem rzeczywistego kierowcy (rys. 2). Rys. 2 Szkic bazowy wraz z modelem kierowcy Kolejnym fragmentem tego etapu było przyjęcie szeregu założeń związanych z regulaminem. Wykonano więc model sceny będącej odwzorowaniem testu widoczności, jaki musi przejść każdy pojazd podczas inspekcji technicznej (rys. 3). Zamodelowano również koła pojazdu zgodnie z założeniami konstrukcyjnymi całego pojazdu. 4

Rys. 3 Model sceny przestawiający test widoczności Wykreślone zostały linii pomocnicze ograniczające wymiary minimalne narzucone przez regulamin. Należą do nich (rys. 4): linie szerokości nadwozia, linia wysokości całkowitej pojazdu, linie szerokości kabiny na wysokości ramion kierowcy. Rys. 4 Linie ograniczające wymiary narzucone przez regulamin Etap nr 2: powierzchnie bazowe Celem tego etapu było utworzenie powierzchni bazowej nadwozia. Karoserie pojazdów należą do brył posiadających zwykle płaszczyznę symetrii, dlatego też większość etapu tworzenia prowadzono na jednej połowie bryły nadwozia. Tylko w wyjątkowych przypadkach niektóre powierzchnie, znajdujące się w obszarze płaszczyzny symetrii wykonywano całościowo, usuwając następnie niepotrzebną część w celu dalszego 5

modelowania. Celem tych operacji było zachowanie odpowiednich ciągłości kolejno tworzonych płatów powierzchni [3, 10, 11]. Proces modelowania rozpoczęto od utworzenia przedniego nadkola oraz maski przedniej samochodu. Kolejnym krokiem było zamodelowanie ściany bocznej i wypukłości tylnego nadkola. Ze względów aerodynamicznych zdecydowano się na zakrycie kół tylnych (rys. 5). Rys. 5 Początkowy etap modelowania Mając gotowy zarys dolnej części nadwozia przystąpiono do wykonania powierzchni górnej części. Biorąc pod uwagę możliwe trudności technologiczne związane z wykonaniem przeźroczystych oszkleń z tworzyw sztucznych, powierzchnie będące odwzorowaniem szyb pojazdu zamodelowano jako rozwijalne. Po utworzeniu dachu, wymienione wcześniej elementy odpowiednio przycięto i połączono w całość zapewniając płynne przejście między nimi (rys. 6). Rys. 6 Powierzchnie rozwijalne szyb oraz dach połączone w całość Kolejną czynnością było scalenie dołu z górą powierzchni modelu. Odpowiednio docięte wcześniej fragmenty powierzchni połączono, zapewniając wymaganą ciągłość powierzchni całego modelu. Wszelkie zaokrąglenia wykonano tak, aby zapewnić możliwie najlepsze potencjalnie własności aerodynamiczne i nie dopuścić do niepotrzebnych oderwań strugi powietrza (przepływ turbulentny), rys. 7. 6

Rys. 7 Dół i góra karoserii połączone w całość Ostatnią czynnością tego etapu modelowania powierzchni bazowej nadwozia było wykonanie jej tylnego fragmentu. Na rys. 8 można dostrzec, że pochylenie tylnej ściany na modelu odbiega od tego na szkicu bazowym. Powodem tej korekty były względy aerodynamiczne, jak i estetyczne. Model o tej postaci poddano pierwszym symulacjom aerodynamicznym. Rys. 8 Docelowa postać bazowa modelu nadwozia pojazdu Etap nr 3: modelowanie elementów dodatkowych Modelowanie dodatkowych elementów nadwozia, tj. szyb, drzwi, klapy bagażnika, progów, lusterek, świateł itd. wykonano bazując na utworzonej powierzchni karoserii. W pierwszej kolejności, na podstawie wyników symulacyjnych badań aerodynamicznych, dokonano zmian w obrębie przedniego nadkola. Modelowanie wspomnianych detali rozpoczęto od wycięcia miejsca na szyby, których powierzchnie docelowo mają być rozwijalne na płaszczyźnie (rys. 9). 7

Rys. 9 Optymalizacja przedniego nadkola oraz wycięcie szyb Analizy numeryczne pozwoliły na zweryfikowanie i poprawki zamodelowanych zaokrągleń dolnej części nadwozia. Najważniejszymi z nich, służącymi zminimalizowaniu oporów powietrza, były zaokrąglenia przedniego i tylnego zderzaka (rys. 10). Rys. 10 Wykonanie i optymalizacja dolnych zaokrągleń 8

W kolejnym kroku wykonano wewnętrzne powierzchnie nadkoli pojazdu, które następnie dopasowano do kształtu podłogi modelu pojazdu. Elementy te zostały odpowiednio podzielone, co pokazano na rys. 12. Części o jasnym szarym kolorze zostaną trwale połączone ze skorupą nadwozia. Rozwiązanie takie zostało podyktowane względami konstrukcyjnymi oraz ma pozwalać na bezproblemowe zdejmowanie nadwozia. Następnie zamodelowano drzwi oraz klapę bagażnika (rys. 11). Rys. 11 Wykonanie nadkoli oraz drzwi i klapy bagażnika Do ich wykonania niezbędne było utworzenie zgodnych z regulaminem szablonów kontrolnych, pokazujących jednoznacznie, spełnienie wymogów regulaminowych (rys. 12). Rys. 12 Szablony kontrolne otworu drzwi i otworu bagażnika Modelując dalej, wykonano elementy wewnętrzne bagażnika. W tym celu zamodelowano ściany i wręgi, które trwale połączone z podłogą nośną pojazdu, mają 9

wspólnie utworzyć zwartą i sztywną konstrukcję. Kształtowanie tyłu pojazdu odbiegało zasadniczo od wersji proponowanej pierwotnie i było wynikiem doświadczeń w eksploatacji poszycia tymczasowego w trakcie wyścigu w Rotterdamie. Podobnie jak w przypadku wewnętrznych powierzchni nadkoli, elementy o jasnym szarym kolorze, to części trwale połączone z nadwoziem pojazdu (rys. 13). Rys. 13 Konstrukcja bagażnika. (Projekt kompozytowej podłogi nośnej: inż. Marcin Gleń) Ostatnim fragmentem modelowania w tym etapie było wykonanie elementów świateł i lusterek wstecznych pojazdu. Pierwotnie założono wykorzystanie taśm z diodami LED, które miały pełnić funkcję świateł. Dlatego też utworzono specjalne oprawki pozwalające na odpowiednie ukształtowanie taśm oraz ich zamocowanie na powierzchni nadwozia. Zaprojektowano także postać lusterek wstecznych. Zarówno lusterka jak i oprawki świateł zostaną wykonane przy użyciu technologii generatywnych (rys. 14). Rys. 14 Oprawki świateł i lusterka wsteczne 10

Podczas całego procesu modelowania korzystano z wykonanych na początku wirtualnych pomocy i szablonów. Poniższa ilustracja (rys. 15) przedstawia scenę testu widoczności wraz z gotowym modelem nadwozia (wraz z regulaminowym bagażnikiem oraz otworem drzwiowym). Rys. 15 Scena wraz z gotowym modelem Ostateczna wersja poszycia jest w trakcie procesu produkcyjnego i będzie przygotowana na sezon 2015. Zgodnie z wcześniejszymi przewidywaniami nie udało się wykonać docelowej wersji nadwozia a zamiast niej zostało wykonane poszycie zastępcze (Rys. 16). Rys. 16 Poszycie zastępcze wykorzystane w sezonie 2014 SEM w Rotterdamie [https://www.flickr.com/photos/shell_eco-marathon] 11

5. ANALIZA KRZYWYCH I POWIERZCHNI Proces modelowania powierzchni, a zwłaszcza powierzchni opartych na krzywych [3, 10, 11] wiąże się nie tylko z ich kształtowaniem, ale również z analizą ich poprawności. Dlatego też podczas procesu modelowania należy często korzystać z dostępnych analiz jakości krzywych i powierzchni zaimplementowanych jako narzędzia programowe dostępne w modułach, np. FreeStyle Shaper & Optimizer systemu CATIA v5 [10]. Podczas procesu modelowania powierzchni omawianego nadwozia często posługiwano się narzędziem Porcupine Analysis modułu FreeStyle Shaper & Optimizer systemu CATIA v5 [10]. Za jego pomocą można łatwo i jednoznacznie ocenić przebieg zmienności krzywizn analizowanych krzywych. Przykład zastosowania tego narzędzia widoczny jest na rys. 17. Analizując kształt wykresów pióropuszowych można ocenić miejsca i charakter zmian wartości promieni krzywizn analizowanej krzywej. Rys. 17 Efekt wykonania analizy zmienności krzywizn krzywej przekrojowej nadwozia Niestety, ale sama analiza zmienności krzywizn krzywych nie wystarcza. Nasz model składa się z powierzchni, i to ich jakość decyduje o jego poprawności geometrycznej. Jedną z podstawowych analiz poprawności powierzchni jest zastosowanie narzędzia Environment Mapping modułu FreeStyle Shaper & Optimizer systemu CATIA v5 [10]. Dzięki niemu możemy optycznie (jakościowo) ocenić jakość powierzchni, obserwując wszelkie zmiany kształtu w postaci zaburzeń, załamań lub utraty ciągłości. Ułatwia to nam efekt widocznego lustrzanego odbicia symulowanego środowiska zewnętrznego. Dzięki tej analizie udało się zdiagnozować drobne zafałdowanie powierzchni modelu w okolicy pomiędzy słupkiem A i przednim nadkolem (rys. 18). 12

Rys. 18 Wykrycie miejscowej nierówności powierzchni jako efekt zastosowania analizy Environment Mapping [4] Potwierdzeniem postawionej diagnozy było zastosowanie analizy zmienności krzywizn do newralgicznego obszaru powierzchni (rys. 19). Obserwacja obrysu wykresów pióropuszowych wyraźnie wskazuje na gwałtowne zmiany nie tylko przebiegu samych krzywych przekrojowych, ale również niezamierzone zmiany przegięcia tych krzywych. Jak można zauważyć, punkty przegięć układają się wzdłuż krzywej, dając efekt wyraźnego i ostrego zafałdowania powierzchni. Stosując wybrane narzędzia programowe modułu Generative Shape Design systemu CATIA v5 [10,11] dokonano usunięcia problematycznego płata powierzchni, a następnie wypełniono powstałą lukę trzema nowymi płatami powierzchni, dbając o zachowanie klasy połączenia płatów powierzchni w standardzie G 1 [10]. Efekt przed i po naprawie fragmentu powierzchni modelu karoserii widoczny jest na rys. 20. Widoczne są wyraźnie krawędzie nowych płatów powierzchni. Dodatkowo, po dokonaniu wspomnianej naprawy powierzchni, wykonano powtórnie analizy zmienności krzywizn krzywych przekrojowych oraz analizy lustrzanych odbić. Wyniki tych analiz widoczne są na rys. 21 i rys. 22. 13

Rys. 19 Efekt wykonania analizy zmienności krzywizn poziomych krzywych przekrojowych w miejscu zdiagnozowania nierówności powierzchni Rys. 20 Widok fragmentu powierzchni nadwozia przed usunięciem zafałdowania (a) oraz po dokonaniu wygładzenia tego miejsca (b) widoczne nowe płaty powierzchni 14

Rys. 21 Efekt wykonania analizy zmienności krzywizn poziomych krzywych przekrojowych w miejscu dokonania naprawy powierzchni Rys. 22 Potwierdzenie prawidłowego dokonania naprawy miejscowej nierówności powierzchni dzięki zastosowaniu analizy Environment Mapping [10] 15

6. WNIOSKI I UWAGI Kształtowanie poszycia pojazdu Bytel ze względu na relacje konstrukcyjne z wieloma innymi podzespołami pojazdu było niezwykle pracochłonne i długotrwale. Podstawowym kryterium kształtowania poszycia pojazdu wyścigowego SEM jest minimalizacja oporów aerodynamicznych, konieczne jest więc pracochłonne i wielokrotne modyfikowanie powierzchni poszycia i prowadzenie obliczeń CFD kolejnych wersji. Wykorzystanie w trakcie wyścigu SEM 2014 wcześniej zaplanowanej wersji poszycia tymczasowego pozwoliło na uzyskanie dodatkowych doświadczeń eksploatacyjnych i wprowadzenie znacznych zmian w konstrukcji płyty podłogowej, poszycia i klatki bezpieczeństwa. Proces modelowania powierzchni opartych na krzywych jest bardzo pracochłonny, ale za to daje pełną kontrolę nad uzyskanym rezultatem, czyli powierzchnią. Przed przystąpieniem do procesu modelowania powierzchni opartych na krzywych należy dokonać myślowego podziału procesu modelowania na poszczególne etapy, w ramach których zamodelowane zostaną poszczególne płaty powierzchni. Skomplikowane postaciowo powierzchnie należy podzielić na osobne fragmenty, dbając jednak o utrzymanie wymaganych klas ciągłości pomiędzy nimi (zwykle G 0, G 1, G 2 ). Modele powierzchniowe są wystarczające do wykonywania fotorealistycznych wizualizacji (rys. 23). Podczas realizacji procesu modelowania bezwzględnie należy stosować różne dostępne w modelerach powierzchniowych narzędzia diagnostyczne, aby możliwie wcześnie wykryć określone nieprawidłowości. LITERATURA Rys. 23 Wizualizacja modelu pojazdu Bytel [1] Hasa J., Macuda M., Skarka W.: Projektowanie bolidu wyścigowego Silesian Greenpower zorientowane na indywidualne cechy kierowców. Mechanik 2012 r. 85 nr 2, dysk optyczny (CD-ROM) s. 1-9, bibliogr. 4 poz. [2] Hasa J., Słowik Ł., Skarka W.: Ewolucja elektrycznych bolidów wyścigowych budowanych na Politechnice Śląskiej. [W:] VIII Seminarium Studenckiego Koła 16

Naukowego Odlewników SFEROID '2012, Ustroń-Jaszowiec, 31 maja - 2 czerwca 2012. Red. Jan Szajnar, Andrzej Studnicki, Jacek Suchoń. Gliwice: Komisja Odlewnictwa PAN. Oddział Katowice, 2012, s. 59-64, bibliogr. 2 poz. (Zeszyty Studenckich Prac Naukowych Sferoid ; z. 12). [3] Kiciak P.: Podstawy modelowania krzywych i powierzchni, WNT, Warszawa 2000. [4] Koło Naukowe Modelowania Konstrukcji Maszyn, Internet (lipiec 2014): http://www. mkm.polsl.pl. [5] Piechna J.: Podstawy aerodynamiki pojazdów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2000. [6] Regulamin konkursu Shell Eco-marathon, Internet (maj 2014): http://www.shell.com/global/environment- society/ecomarathon/events/europe.html. [7] Targosz M., Skarka W.: Synergia metod modelowania konstrukcji na przykładzie projektu Smart Power. [W:] XI Forum Inżynierskie ProCAx, Sosnowiec, 2-4.10.2012. [Dokument elektroniczny]. Cz. 1. Warszawa : Agenda Wydaw. SIMP, 2013, s. 1-9, bibliogr. 9 poz. CD-ROM stanowi dodatek do czasopisma Mechanik 2013 r. 86, nr 2. [8] Targosz M., Skarka W., Przystałka P.: Simulation And Optimization Methodology Of Prototype Electric Vehicle, Proceedings of the 13th International Design Conference DESIGN 2014 ed: Marjanović D., Štorga M., Pavković N., Bojčetić N. Dubrovnik, Croatia 2014 pp. 1349 1360. [9] Wąsik M.: Methodology Of Aerodynamic Analysis Of The Cars Participating In The Race Shell Eco-Marathon Based On The Hyperworks Software. 13th International Technical Systems Degradation Conference. Liptovský Mikuláš 23-26 April 2014. [10] Wełyczko A.: CATIA V5. Sztuka modelowania powierzchniowego, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2003. [11] Wyleżoł M.: CATIA. Podstawy modelowania powierzchniowego i hybrydowego, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2003. [12] Zieliński A.: Konstrukcja nadwozi samochodów osobowych i pochodnych, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2003. 17