Utvikling av produksjonsmetode og testing av diskontinuerlig karbonfiber til bruk på spindel til ION Racing bil

Abstract

Vekt og produksjonskostnad er noen av de største utfordringene for ION Racing UiS, Universitetet i Stavanger sitt Formula Student lag. Diskontinuerlig karbonfiber har blitt vurdert som en mulig løsning på disse problemene, ettersom materialet har lav vekt og er enkelt å produsere. Denne bacheloroppgaven fokuserer på materialtesting av diskontinuerlig karbonfiber og design av spindelen på ION Racing sin Formula Student bil. Spindelen er en av de største aluminiums delene på bilen og er en god kandidat for å bli erstattet med diskontinuerlig karbonfiber.

Diskontinuerlig karbonfiber blir støpt i en negativ form som blir penslet med oppkuttet karbonfiber og epoxy resin. Delen blir deretter presset sammen i en hydraulisk presse, hvor det skal herde i 24 timer.

Materialet har blitt testet støpt i 3dprintet og maskinert form i aluminium, noe som ga små forskjeller i resultat. 3dprintet form er et billig alternativ som de fleste universiteter nå til dags har tilgang på.

Materialtestingen som ble gjort i oppgaven består av strekkprøving, bøyetesting og kompresjonstesting. Resultatene konkluderte med at diskontinuerlig karbonfiber er en god erstatning for aluminiumsdeler med en fleksibel produksjonsmetode for lag med begrensede økonomiske ressurser.

Etter det ble konkludert at materialet var brukbart ble det gjort design av ny spindel som ble tilpasset produksjon i karbonfiber. Denne ble deretter simulert i inventor for å forsikre om at den tåler belastningene den vil bli påført under kjøring av bilen.

Weight and production cost are some of the greatest challenges for ION Racing UiS, the University of Stavanger’s Formula Student team. Discontinuous carbon fiber has been considered as a possible solution to these problems, as the material is lightweight and easy to produce. This bachelor’s thesis focuses on material testing of discontinuous carbon fiber and the design of the upright for ION Racing’s Formula Student car. The upright is one of the largest aluminium components on the car and is a good candidate to be replaced with discontinuous carbon fiber.

Discontinuous carbon fiber is cast in a negative mold that is brushed with chopped carbon fiber and epoxy resin. The part is then compressed in a hydraulic press, where it will cure for 24 hours.

The material has been tested in both 3D-printed and machined aluminium forms, yielding minor differences in the results. 3D-printed molds are a cost-effective alternative that most universities have access to nowadays.

The material testing conducted in the thesis includes tensile testing, bending testing, and compression testing. The results concluded that discontinuous carbon fiber is a viable replacement for aluminium parts, offering a flexible production method for teams with limited financial resources.

Once it was established that the material was suitable, the design of a new spindle adapted for carbon fiber production was carried out. Subsequently, it was simulated in Inventor to ensure that it can withstand the loads it will be subjected to during the car's operation.