Trycktvärbalk

Sammanfattning: 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.