ISSN 1513-038X (Print)
ISSN xxxx-xxxx (Online)
RSUJET
วารสารวิศวกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยรังสิต
https://rsujet.rsu.ac.th
. Vol.26 No.2 , July - December 2023.
การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ของปีกนกล่างที่ใช้วัสดุอะลูมิเนียมผสมสำหรับรถแข่ง
พิพัฒน์พงศ์ วัฒนวันยู and อาภากร วัฒนะ
Abstract
งานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการวิเคราะห์ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ของปีกนกล่าง (Lower Control Arm) ในรถแข่ง Toyota Vios รหัส NCP93 โดยศึกษาความเค้น (Stress) และความเครียด (Strain) ที่เกิดขึ้นจากการจำลองแรงที่มากระทำต่อ
ปีกนกล่าง ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element) โดยใช้เมช (Mesh) ประเภทของแข็ง (Solid Element) ซึ่งผู้วิจัยเลือกใช้โปรแกรม SolidWorks โดยการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ ของปีกนกล่าง เพื่อหาวัสดุทดแทนให้มีประสิทธิภาพมากกว่าของเดิม ซึ่งผู้วิจัยเลือกใช้วัสดุอะลูมิเนียมผสม (Aluminium Alloy) รหัส 2024-T361 โดยทำการเปรียบเทียบกับวัสดุเหล็ก (ST 4340) มาตรฐานจากโรงงานผลิต จากการศึกษาพบว่า กรณีที่ 1 ปีกนกล่างรับแรงกระทำที่ 3,237 N เมื่อใช้วัสดุเหล็ก จะได้ค่าความเค้นสูงสุดเท่ากับ 4.69 MPa โดยมีค่าความเครียดอยู่ที่ 0.0000137 และมีขนาดที่เปลี่ยนแปลง (Displacement) เท่ากับ 0.000535 mm. จากนั้นเปลี่ยนเป็นวัสดุอะลูมิเนียมผสมโดยใช้เงื่อนไขเดียวกัน จะได้ค่าความเค้นสูงสุดเท่ากับ 3.98 MPa โดยมีค่าความเครียดอยู่ที่ 0.0000362 และมีชิ้นงานมีขนาดที่เปลี่ยนแปลงเท่ากับ 0.00155 mm. กรณีที่ 2 ปีกนกล่างรับแรงกระทำที่ 6,474 N เมื่อใช้วัสดุเหล็กจะได้ค่าความเค้นสูงสุดเท่ากับ 9.39 MPa โดยมีค่าความเครียดอยู่ที่ 0.0000273 และมีขนาดที่เปลี่ยนแปลงเท่ากับ 0.00107 mm. จากนั้นเปลี่ยนเป็นวัสดุอะลูมิเนียมผสม จะได้ค่าความเค้นสูงสุดเท่ากับ 7.96 MPa โดยมีค่าความเครียดอยู่ที่ 0.0000776 และมีขนาดที่เปลี่ยนแปลงเท่ากับ 0.00310 mm. กรณีที่ 3 ปีกนกล่างรับแรงในการชนด้านหน้า คิดแรงกระทำที่สันด้านหน้าเท่ากับ 6,474 N เมื่อใช้วัสดุเหล็ก จะได้ค่าความเค้นสูงสุดเท่ากับ 23.4 MPa โดยมีค่าความเครียดอยู่ที่ 0.0000577 และมีขนาดที่เปลี่ยนแปลงเท่ากับ 0.003 mm. จากนั้นเปลี่ยนเป็นวัสดุอะลูมิเนียมผสมจะได้ค่าความเค้นสูงสุดเท่ากับ 23.1 MPa โดยมีค่าความเครียดอยู่ที่ 0.000169 และมีขนาดที่เปลี่ยนแปลง เท่ากับ 0.0086 mm. โดยที่น้ำหนักวัสดุเหล็กที่ได้จากการออกแบบมีค่า 11.50 kg ส่วนน้ำหนักของวัสดุอะลูมิเนียมผสมมีค่า 4.07 kg ซึ่งจากการที่เปลี่ยนมาใช้วัสดุอะลูมิเนียมผสมพบว่าสามารถรับความเค้นได้ใกล้เคียงกับวัสดุเหล็ก แต่มีน้ำหนักเบากว่า และง่ายต่อการผลิตด้วยเครื่อง CNC
Keywords: ปีกนกล่าง, อะลูมิเนียมผสม, ไฟไนต์เอลิเมนต์, ความเค้น, ความเครียด, เมช