Бъдещето на леката конструкция Ефективно и достъпно - Доклад за иновации

ефективно

Леката конструкция е и ще остане ключова технология за множество индустрии, от превозни средства и самолети до корабостроене и космически пътувания. В същото време, благодарение на подхода за намаляване на теглото, той предлага голям потенциал за спестяване по отношение на емисиите, които са вредни за климата. Досега сравнително високите разходи бяха пречка.

В проекта на ЕС АЛИАНС производителите на автомобили, доставчиците и изследователските институции се обединиха, за да променят това - координирано от Daimler и Института за структурна издръжливост и надеждност на системата Fraunhofer LBF.

С оглед на изменението на климата е важно да се намалят вредните емисии от автомобилите. Един от подходите е да се намали теглото им - с други думи, олекотена конструкция. Досега обаче високата цена на компонентите пречи на широкомащабната употреба, леките компоненти са просто твърде скъпи за евтини модели автомобили. Ако олекотената конструкция ще преобладава за повечето инсталирани автомобилни компоненти, винтът за цената трябва да се завърти.

Намалете емисиите на CO2 с 25 процента

Точно това са направили многобройните партньори по проекта на ЕС ALLIANCE, съкратено от AffordabLe Леки автомобили AlliaNCE: Те озвучиха какви икономии са възможни и разработиха съответните технологии. Участваха шест известни автомобилни производители, шест доставчици на компоненти и материали и различни изследователски институции.

Проектът беше координиран от Daimler и Института за структурна издръжливост и надеждност на системата LBF на Fraunhofer в Дармщат. „Заедно успяхме да покажем, че евтината олекотена конструкция е възможна!“, Казва проф. Тило Бейн, ръководител на научния мениджмънт във Fraunhofer LBF Като секретар на проекта той координира партньорите, проследява резултатите, организира срещи и други подобни.

»Успяхме да спестим повече от 30 процента от теглото на отделните компоненти и по този начин да намалим техния дял от емисиите на CO2 с 25 процента - с увеличение на разходите от едва 2,67 евро за килограм, спестен средно за компонент, което е приемливо за производителите на автомобили е. «Ако вземете предвид баланса на CO2 и енергийния баланс от самото начало, разходите могат да бъдат намалени още повече според резултата от проекта.

От дизайна до процеса на присъединяване

Изследователите от Fraunhofer LBF не само допринесоха за проекта по отношение на координацията, но също така допринесоха за собствена изследователска работа, например при проектирането на компонентите. Ако използвате нови материали за производството на автомобилни компоненти, параметри като дебелина на стената, естествена честота на компонентите - което е важно за развитието на шума - или тегло трябва да бъдат оптимизирани отново.

Това често се прави с помощта на метода на крайните елементи: Например, виртуалният калник е разделен на много малки единици и след това се изчислява и оптимизира неговото физическо поведение. Тези модели обаче са много сложни. "Поради това във Fraunhofer LBF разработихме параметризиран модел, който изключително опростява тази процедура", казва Бейн.

Принципът: Експертите намаляват сложността на модела, като същевременно се запазват параметри като тегло, естествена честота или дебелина на стената. Те използват този модел за оптимизация - което е много по-лесно - и след това прехвърлят резултатите обратно в оригиналния модел на крайни елементи.

„Тази многопараметрична оптимизация може да се използва както в ранната фаза на концепцията, така и в по-късния детайлен дизайн“, казва Бейн. Изследователите вече са тествали метода си във виртуален демонстрационен модул за преден компонент на Opel.

Резултатът: стъпките на итерация в дизайна се намаляват, желаните параметри се постигат по-добре.

Проектът ALLIANCE включва и разработването на подходящи процеси на свързване, за да се свържат здраво и безопасно леките компоненти един с друг: Резултатът е 14 различни процеса на свързване. Експертите на Fraunhofer допринесоха със своя опит в тестовете за умора. Например за хибридни процеси на свързване - занитване в комбинация с залепване - те подлагат образци, подобни на компоненти, на различни циклични натоварвания и изследват колко добре връзките издържат на тази процедура.

Изследователите от Fraunhofer LBF извършиха допълнителен тест за експлоатационна стабилност на пластмасов под-под от Toyota. И двата теста дадоха добри резултати.

Проектът приключи. Определени са допълнителни нужди от консорциум от изследвания - в процес на подготовка е последващ проект. „Резултатите ще се влеят в разработването на продукти през следващите няколко години“, сигурен е Бейн.