Linja-auton kevytrakenteisen perämoduulin esisuunnittelu
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2009
Department
Major/Subject
Lentotekniikka
Mcode
Kul-34
Degree programme
Language
fi
Pages
107 s. + liitt. 34
Series
Abstract
The purpose of this thesis is to develop a bus composite tail module. The main goal for the project is to reduce weight compared to a conventional aluminium body construction. Reduction of manufacturing costs is also an important objective for the project. To reduce cost the quantity of the parts should be kept to a minimum. The tail module structure includes a toilet and mounting points for two seats. The sandwich construction was chosen for the structure and various skin laminate options were examined including glass fibre and carbon fibre. The best possible material for the core was evaluated among available products. Honeycomb cores and balsawood were marked off due to inferior working and operating characteristics. Diab Divinycell H PVC core was chosen as the core material of the module. Divinycell H has high shear strength relative to density and good mechanical properties under dynamic loading. One advantage of Divinycell H is the wide density range beginning from 38 kg/m<sup>3</sup>, which allows the optimization of the core solution. The tail module is joined to the bus chassis using bolt and bonded joints. Bolt joint design allows separating the tail module from the bus chassis in case of crash damage. The joint consists of two aluminium beams, which are bolted together. The sandwich panel is then glued onto a special z-shaped profile in the aluminium beam. The structure was optimized using Abaqus FE-software. Different sandwich skin laminate options were evaluated and the effect on module weight was calculated. The effect of the manufacturing method on the final weight was evaluated between hand layup and vacuum infusion. Vacuum infusion was chosen for the manufacture. Significant weight savings can be achieved by using the sandwich structure instead of the aluminium tail construction. Weight savings of approximately 30 % are achieved by using glass fibre mat skin laminate with Divinycell H core. Glass fibre fabrics allow even further weight savings. The use of carbon fibre is not appropriate because of marginal weight savings compared to a very high material cost.Työn aiheena on linja-auton kevytrakenteisen perämoduulin esisuunnittelu. Komposiittirakenteen käytöllä on tarkoitus saavuttaa merkittävä painonsäästö tavanomaiseen alumiinirakenteeseen verrattuna. Lisäksi tavoitteena on nopeuttaa linja-auton perärakenteen valmistusta sekä vähentää valmistuksessa tarvittavien osien määrää. Moduuliin asennetaan WC:n rakenteet sekä suunnitellaan kiinnityspisteet kahdelle istuimelle. Moduulin rakenneratkaisuksi valittiin kerroslevyrakenne. Kerroslevyn pintalaminaatin vaihtoehtoisia materiaaleja ovat lasikuitu ja hiilikuitu. Eri valmistajien ydinainevaihtoehdoista selvitettiin parhaiten moduulin rakenteeseen soveltuva materiaali. Ydinainevaihtoehdoiksi rajattiin eri solumuovilaadut. Kennot ja balsa rajautuivat pois huonompien käyttöominaisuuksien vuoksi. Ydinaineeksi moduulille valittiin Diab Ab:n valmistama Divinycell H, joka on valmistettu PVC:sta. Kyseisellä ydinaineella on korkea leikkauslujuus suhteessa tiheyteen, sekä hyvä kestävyys toistuvassa dynaamisessa kuormituksessa. Lisäksi Divinycell H solumuovia on saatavilla hyvin laajalla tiheysalueella, alkaen tiheydestä 38 kg/m<sup>3</sup>, joten pystytään optimoimaan ydinaineen tiheys käyttökohteen mukaan. Perämoduuli on kiinnitetty linja-auton koriputkeen pultti- ja liimaliitoksella. Liitos suunniteltiin siten, että moduuli on mahdollista vaihtaa vauriotapauksissa uuteen. Moduulin ja koriputken liitos koostuu alumiinipalkeista, jotka liitetään toisiinsa pulttiliitoksilla. Moduuli kiinnitetään alumiinipalkkiin liimaamalla kerroslevyn pintalevyt z-muotoiseen profiiliin, joka hitsataan kiinni alumiinipalkkiin. Moduulin laminaattien rakenne optimoitiin Abaqus FE-ohjelmistolla. Eri lujitteiden vaikutusta moduulin painoon tutkittiin vertailemalla eri lasikuitumattojen, lasikuitukankaiden ja hiilikuitukankaiden ominaisuuksia. Lisäksi vertailtiin eri valmistusmenetelmien sopivuutta moduulin valmistamiseen sekä valmistusmenetelmän vaikutusta moduulin massaan. Alipaineinjektio osoittautui parhaimmaksi valmistusmenetelmäksi moduulin rakenteelle. Kerroslevyrakenteella on mahdollista päästä merkittävään painonsäästöön alumiinirakenteeseen verrattuna. Painonsäästö on noin 30 % käytettäessä lasikuitumatosta valmistettuja pintalevyjä ja alipaineinjektiota valmistusmenetelmänä. Lasikuitukudoksilla voidaan päästä hieman alhaisempaan painoon. Hiilikuiturakenteen käyttämisellä ei saavutettu niin merkittävää painonsäästöä, että hiilikuidun käyttäminen olisi perusteltua huomattavasti korkeammasta hinnasta johtuen.Description
Supervisor
Saarela, OlliThesis advisor
Mutanen, TommiKeywords
bus tail module, linja-auto, sandwich construction, perämoduuli, FE-modeling, kerroslevy, FE-mallinnus