Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Wheel rim structural design for a Formula SAE race car

Tomasz Banaszek

Abstract

The purpose of following thesis is to design the rims for the Formula SAE Race Car that is currently being built by students association Warsaw University of Technology Racing Team. The aim of the thesis is to develop lighter and more efficient rims than currently used commercially available ones. At the beginning of this work the purpose of the Formula Student competition is shown, with description of each competition, and the method of evaluation of each team is explained. In the next part of thesis commercially available rims were compared. Then overview of the custom made wheels designed and manufactured by other Formula SAE teams was conducted. Great emphasis was placed on carbon-fibre reinforced ones. A profound study of composite materials is also presented, including mechanical and physical properties, as well as brief description of available polymers and reinforcements. Possible ways of Finite Element Method analyses of this kind of materials were shown, followed by test example FEM analyses of a simple plate made from orthotropic material that was calculated using software called ANSYS APDL 14.5. The next part of this thesis covers calculations of loads acting on the rim. Considering several key assumptions and technical data of Formula SAE race car main types of loads were calculated. The primary load case was chosen, and was later used for FEM analysys. Achieved loads were verified using Finite Element Method analyse of currently used aluminium wheels. Deformation and stress were calculated using ANSYS Workbench 14.5 software. The next part of thesis covers the design of a new rim, with focus on orientation and quantity of layers of carbon fibre reinforced polymer. Moreover, influence of layout of composite part of rim on stress state of adhesive and aluminium elements of wheel were examined. Several designs were evaluated and the most favorable layout was chosen. Results for this case were shown as contour maps. Later manufacturing process used for production of carbon fibre part of wheel was developed, including the mould shape and divisions. In the last section of this thesis conclusions were described, with emphasis on further development of following topic.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Tomasz Banaszek (FPAE) Tomasz Banaszek,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Projekt wytrzymałościowy felgi do pojazdu wyścigowego Formula SAE
Supervisor
Piotr Marek (FPAE/IAAM) Piotr Marek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
18-02-2016
Issue date (year)
2016
Pages
68
Internal identifier
MEL; PD-3587
Reviewers
Tomasz Zagrajek (FPAE/IAAM) Tomasz Zagrajek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Piotr Marek (FPAE/IAAM) Piotr Marek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
FSAE, felgi, materiały kompozytowe, Metoda Elementów Skończonych
Keywords in English
FSAE, rims, composite materials, Finite Element Method
Abstract in Polish
Niniejsza praca dyplomowa poświęcona jest projektowi felg do pojazdu typu Formula SAE, budowanego przez Koło Naukowe WUT Racing, działające na Politechnice Warszawskiej. Celem tej pracy jest zaprojektowanie nowych obręczy, lżejszych zarówno od tych używanych obecnie przez WUT Racing, jak i innych dostępnych komercyjnie. Aby przybliżyć działalność Koła Naukowego WUT Racing pokrótce została omówiona specyfika zawodów Formula Student, a także sposób oceniania poszczególnych drużyn. Następnie dokonano porównania różnych felg dostępnych komercyjnie oraz tych projektowanych i budowanych przez inne zespoły startujące w zawodach serii FSAE. Szczególną uwagę zwrócono na obręcze zbudowane przy użyciu kompozytu węglowego. Ponieważ w projekcie nowej felgi zastosowane zostaną materiały kompozytowe, omówiono zarówno ich własności, jak i sposób modelowania w Metodzie Elementów Skończonych. W tym celu wykonano ćwiczenie testowe pokazujące obliczenia MES materiału ortotropowego za pomocą oprogramowania ANSYS APDL 14.5. Kolejnym etapem było wyznaczenie obciążeń działających na felgę. Bazując na szeregu uproszczeń, a także zebranych danych dotyczących bolidu, obliczone zostały wartości sił w różnych sytuacjach. Na tej podstawie wybrano przypadek wymiarujący, używany następnie do obliczeń. W kolejnej części pracy zweryfikowano poprawność obliczonych sił, a także sposób odebrania stopni swobody. W tym celu dokonano analizy wytrzymałościowej obecnie stosowanej felgi przy użyciu oprogramowania ANSYS Workbench 14.5. W dalszej części pracy, na podstawie określonych założeń, zaprojektowano nową obręcz. Szczególną uwagę zwrócono na układ oraz ilość warstw kompozytu węglowego, a także ich wpływ na wartości naprężeń uzyskiwanych w spoinie oraz części aluminiowej. Biorąc pod uwagę uzyskane rezultaty wybrano najkorzystniejszy układ tkanin, dla którego wyniki przedstawiono na ilustracjach. Następnie opracowano proces technologiczny pozwalający na wykonanie kompozytowej części felgi, uwzględniając kształt oraz podział foremnika. W ostatniej części pracy opisano wnioski wyciągnięte podczas realizacji projektu, rozpatrywane w szczególności pod kątem dalszych prac nad niniejszym tematem.
File
  • File: 1
    252138_Tomasz_Banaszek_31_01.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 9164

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT556d7ff1233d40e3b78cba6ac19f0dc7/
URN
urn:pw-repo:WUT556d7ff1233d40e3b78cba6ac19f0dc7

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page