Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) monocoque structure for Formula Student car

Abstract

Formula Student es una competición internacional de ingeniería en que las universidades compiten para crear el monoplaza más rápido, barato y fiable. Para cumplir este objetivo, los equipos trabajan duro en sus diseños, fabricación y pruebas a fin de mejorar el comportamiento de su vehículo en la pista, de modo que el consumo de combustible y el coste se reduzcan mientras la velocidad, dinámica lateral y longitudinal y aerodinámica mejoren. Una forma directa de obtener estos resultados es reduciendo el peso del coche tanto como sea posible. Es importante utilizar estructuras ligeras en términos de rendimiento del vehículo, lo que generalmente implica estructuras monocasco basadas en materiales de alta relación resistencia-peso, como matrices poliméricas reforzadas con fibra de carbono (CFRP). En este estudio se ha propuesto una estructura monocasco formada por paneles tipo sándwich fabricados con una lámina superior e inferior de fibra de carbono con matriz epoxi y un núcleo de espuma colocado entre ellos, aumentando el momento de inercia del área de la estructura y mejorando la resistencia del panel. La rigidez torsional del chasis final se ha evaluado utilizando un Modelo de Elementos Finitos (MEF), así como ensayos físicos representativos de los paneles laminados para cumplir con los requisitos de las normas de Formula Student Germany y para garantizar la seguridad de los pilotos.

Formula Student is an international engineering competition on which Universities compete to create the fastest, cheapest, and most reliable single-seated and open-wheeled car. In order to fulfill this objective, teams work hard on their designs, manufacturing and testing in order to improve the behaviour of their Formula Student cars on the track so the fuel consumption and cost reduces while velocity, lateral and longitudinal dynamics, and aerodynamics improves. A direct way to get that is by reducing the weight of the car as much as possible. Lightweight structures are important in terms of vehicle performance, and that usually implies monocoque structures based on high strength-to-weight ratio materials as Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP). In this study, it has been proposed a monocoque structure based on sandwich composite panels made of an upper and a lower facesheet of epoxy reinforced carbon fiber with a foam core placed between them, increasing the area moment of inertia of the structure and improving the strength of the panel. Torsional stiffness of the final chassis has been evaluated by using FEM as well as physical representative tests of the laminated panels to fulfill the requirements of Formula Student Germany rules and to ensure safety for the drivers.