Облегченная конструкция является и остается ключевой технологией для многих отраслей промышленности, от автомобильной и авиационной техники до судостроения и космических путешествий. В то же время, подход снижения веса предлагает высокий потенциал экономии в отношении вредных для климата выбросов. Но если для большинства встроенных автомобильных компонентов преобладает легкая конструкция, нужно повернуть ценовой винт.
Сократить выбросы CO 2 на 25 процентов
Это то, что сделали многочисленные партнеры в рамках проекта ЕС «Альянс», сокращение от «Доступный легкий автомобильный альянс»: они исследовали возможную экономию средств и разработали соответствующие технологии. Были привлечены шесть известных производителей автомобилей, шесть поставщиков компонентов и материалов и различные исследовательские институты. Проект координировался Daimler и Институтом долговечности и надежности систем Фраунгофера LBF в Дармштадте. «Вместе мы смогли показать, что возможно недорогое легковесное строительство», - говорит профессор Тило Бейн, руководитель отдела научных исследований Fraunhofer LBF.
В качестве секретаря проекта он координировал работу партнеров, отслеживал результаты, организовывал встречи и тому подобное. «Благодаря отдельным компонентам мы смогли сэкономить более 30 процентов веса и, таким образом, сократить их долю выбросов CO 2 на 25 процентов - при этом увеличение затрат составило всего 2,67 евро за килограмм сэкономленных на компонент, что для автопроизводителя. является приемлемым.”Если баланс CO 2 и баланс энергии учитываются с самого начала, затраты могут быть снижены еще больше, в соответствии с результатом проекта.
Сократить количество шагов итерации в дизайне
Тем не менее, исследователи Fraunhofer LBF не только внесли свой вклад в проект с точки зрения координации, но и внесли свои собственные исследования: например, в проектирование компонентов. Если для производства автомобильных компонентов используются новые материалы, необходимо повторно оптимизировать такие параметры, как толщина стенок, собственная частота компонентов, что важно для генерации шума, или вес.
Подсказка для семинара
Семинар по легким строительным материалам рассказывает о методах, принципах проектирования и методах строительства легких конструкций. Участники получают обзор различных легких материалов, изучают критерии выбора материалов и узнают о преимуществах, недостатках и рисках различных материалов.
Во многих случаях это делается с использованием метода конечных элементов: например, виртуальное крыло делится на множество небольших блоков, а затем его физическое поведение рассчитывается и оптимизируется. Однако эти модели очень сложны. «Поэтому в Fraunhofer LBF мы разработали параметризованную модель, которая чрезвычайно упрощает эту процедуру», - говорит Бейн. Принцип: эксперты уменьшают сложность модели, при этом сохраняются такие параметры, как вес, собственная частота или толщина стенки. Они используют эту модель для оптимизации - что намного проще - и затем переносят результаты обратно в исходную модель конечных элементов. «Это многопараметрическая оптимизация может использоваться как на ранней стадии разработки концепции, так и на более позднем детальном проектировании », - говорит Бейн. Исследователи уже проверили свой метод в виртуальном демонстрационном модуле для внешнего компонента Opel. Результат: шаги итерации в проекте уменьшены, желаемые параметры достигнуты лучше.
Проверьте долговечность гибридных процессов соединения
Проект Альянса также включал разработку соответствующих процессов соединения для безопасного и надежного соединения легких компонентов: в результате было получено 14 различных процессов соединения. Эксперты Fraunhofer внесли свой вклад в испытания на усталость. Например, для гибридных процессов соединения - заклепки в сочетании с клеем - они подвергали подобные компоненты образцы различным циклическим нагрузкам и проверяли, насколько хорошо соединения выдерживают эту процедуру. Исследователи из Fraunhofer LBF провели дополнительную проверку эксплуатационной прочности пластикового днища от Toyota. Оба теста дали хорошие результаты.
«Результаты будут влиять на разработку продукта в ближайшие несколько лет», - уверен Бейн.