Shell Eco-Marathon (SEM) adalah projek pendidikan tahunan di mana keringanan dan kecekapan bahan bakar disatukan dalam pembangunan kenderaan yang lestari. Kaedah reka bentuk aerodinamik yang baik dan kesan interaksi bendalir-struktur (FSI) pada kenderaan masih tetap samar-samar dalam pembangunan kenderaan SEM. Dengan mengambil kira pertimbangan ini, laporan ini membentangkan kajian prestasi daya seret aerodinamik yang dioptimumkan pada kereta prototaip SEM bersama dengan analisis FSI untuk memahami kesan interaksi antara bendalir dan struktur kereta semasa bergerak dalam kelajuan rendah 25km / jam. Analisis CFD yang luas telah digunakan untuk menganalisis prestasi daya seret reka bentuk rangka badan kereta prototaip yang dioptimumkan. Analisis CFD dimulakan dengan analisis aerofoil daya seret rendah dua dimensi. Aerofoil kemudian direka menjadi dua bentuk rangka badan kereta prototaip iaitu rangka badan yang tirus dan yang tidak tirus. Badan Ahmed dijadikan rujukan untuk mengesahkan kaedah berangka dalam analysis tiga dimensi. Analisis CFD dilaksanakan atas dua bentuk rangka badan kereta prototaip untuk membandingkan prestasi aerodinamik. Reka bentuk rangka badan kereta prototaip yang tidak tirus menunjukkan prestasi daya seret terbaik dengan 1.257N secara keseluruhan dan ia direkakan menjadi reka bentuk kereta prototaip yang sepenuhnya. Dalam usaha menganalisis reka bentuk keselamatan kereta prototaip, laporan ini merangkumi pendekatan FSI sehala dalam keadaan mantap dan perbandingan bahan yang digunakan pada kereta prototaip. Pendekatan FSI dua hala telah dinilai untuk memahami kesan masa-nyata evolusi interaksi pada kereta prototaip. Walau bagaimanapun, pengugahan secara keseluruhan, tekanan von Mises dan ketegangan setara yang dialami oleh struktur kereta prototaip adalah sangat kecil. Kedua-dua analisis FSI menunjukkan hasil yang serupa di mana reka bentuk kereta prototaip dan bahan yang digunakan boleh jaya dalam kelajuan yang diingini dengan selamat. Analisis dua hala mengambil masa pengkomputeran lima belas kali lebih banyak daripada analisis satu arah dalam penyelesaian. Oleh itu, pendekatan FSI sehala dianggap mencukupi dalam kajian ini dengan mengambil kira masa dan kos pengiraan.
_______________________________________________________________________________________________________
Shell Eco-Marathon (SEM) is an annual educational project where lightweight and fuel-efficiency are integrated in the sustainable development of vehicles. The optimal solution on the aerodynamic design and the fluid-structure interaction (FSI) effect on the vehicle remain ambiguous in the development of the SEM vehicles. Taking the consideration beforehand, this report presents an optimized aerodynamic drag performance study on the SEM prototype car along with the FSI analysis to comprehend the interaction effect between fluid and structure of the car while travelling in the low speed, 25km/hr. A broad of Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis was used to analyse the drag performance of the optimized design of the prototype shell. The CFD analysis was started with the low drag 2D airfoil analysis. The airfoil was then designed into two 3D prototype shell designs which are tapered shell and untapered shell. Ahmed body was benchmarked to validate the numerical setting in 3D analysis. CFD analysis was carried out on both shell designs to compare the aerodynamic performance. The untapered shell design shows the best drag performance with 1.257 N in total drag and it was designed into the fully assembled prototype car. To analyse the safety design of the prototype vehicle, this report includes steady state one-way FSI approach and the comparison of the materials used on the prototype car. A two-way FSI approach was evaluated to comprehend the real-time effect of interaction on the prototype car. However, the deformation, von Mises stress and equivalent strain which experienced by the prototype car structure are very small. Both the FSI analyses show analogous result in which the prototype car design and materials used are viable to travel in the desired speed. The two-way analysis requires fifteen times more computational time than one-way analysis in solving. Therefore, in the concern of the computational time and cost, one-way FSI approach is deemed sufficient in this study.
Fluid-structure interaction analysis of shell eco-marathon prototype car / Hedy Tiew Soon Keey