En konceptanalys för en tvärbalk med integrerad tryckluftstank byggd i fiberkomposit för en lastbil har tagits fram. Syftet har varit att reducera vikt samt spara utrymme. Arbetet har beställts av Scania och utförts som ett kandidatexamensarbete i Lättkonstruktioner vid KTH. De mekaniska, geometriska och funktionella kraven på balken har undersökts och definierats. För att uppnå krav på intern tryckluftsvolym och samtidigt klara de geometriska begräsningarna krävds ett elliptiskt tvärsnitt på balken. Ett koncept för förbandet mellan kompositmaterialet och lastbilens befintliga stålstruktur har tagits fram. Konceptet bygger på ett limförband där en ihålig kompositbalk med öppna ändar limmas mot en stålplatta via ett lim-flänsförband. Stålplattan i sin tur är skruvad mot lastbilens ramsidobalk. Trycktvärbalken har tryckluftsanslutning och möjlighet till dränering vid balkens kortsidor. För fiberkompositen har vinylester valts som matrismaterial tack vare dess mekaniska, termiska och ekonomiska fördelar. Kolfiber har valts som förstärkningsmaterial utifrån sin mycket höga specifika styvhet. Tillverknings-metoden för kompositdelen föreslås för små volymer vara filament winding och för större volymer pullwinding. Balkens ändstycken tillverkas förslagsvis genom gjutning. En FEM-analys på balken har gjorts för att verifiera att de mekaniska kraven är uppfyllda. Balken dimensioneras av sin torsionsstyvhet. Utmattningsberäkningar har inte genomförts. För att ta fram materialdata har provningar på en kolfiberskomposits mekaniska och kemiska egenskaper genomförts. Även hållsfasthetsprovning av strukturlim har genomförts. Slutgiltig totalvikt beräknas till 28,6kg, vilket ger en viktbesparing på 46% gentemot den befintliga stålbalken och trycktanken som idag har en totalvikt på 53kg. Trycktvärbalken har en intern luftvolym om 31 liter och kan därmed ersätta en 30 liters tryckluftstank. / A feasibility study of a cross-beam with an integrated pressure vessel built in fiber composite for a truck has been developed in order to reduce weight and save space. The project is commissioned by Scania. The mechanical, geometrical and functional requirements have been defined. To achieve the requirements of internal air volume and the geometrical limitations an elliptic cross-section of the beam is required. A concept for the joint between the composite material and the truck's existing steel structure frame has been developed. The concept is based on an adhesive joint where the hollow composite beam with open ends is glued in a flange joint to a steel plate. The steel plate is then bolted to the truck’s frame side. The beam has connections for compressed air and drainage located on the sides. Vinyl ester was chosen as matrix material because of its good mechanical, thermal properties and economical advantages. Carbon fiber was chosen as reinforcement material because of its strong specific mechanical properties. For smaller production volumes filament winding is proposed as manufacturing process for the composite part and for larger volumes pullwinding is proposed. The recommended manufacturing process for the steel plates is casting. A FEM analysis of the beam has been made to verify that the mechanical requirements are met. The beam is dimensioned according to its torsional stiffness. Fatigue calculations have not been performed. To obtain material data, a number of tests of the carbon fiber composite’s mechanical and chemical properties were carried out. Testing of adhesives has also been performed. The final total weight was calculated to 28.6 kg, resulting in a weight reduction of 46% compared to the current steel beam and pressure vessel with a total weight of 53kg. The pressure beam has an internal air volume of 31 liters and a 30 liter pressure vessel can be replaced.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-179562 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Ek, Therese, Hedberg, Ann-Sofie, Salavati, Nick, Slettebo, Christian, Söderberg, Joakim |
| Publisher | KTH, Lättkonstruktioner |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0024 seconds