Lighten up - Fab Shop Magazine
Un nou proces determină dimensiunea optimă, forma și amplasarea găurilor de iluminare care economisesc greutatea vehiculelor
În zilele noastre, „ușor” este, fără îndoială, cel mai popular cuvânt din industria auto. Îmbunătățirea economiei de combustibil este în partea de sus a fiecărei liste de producători auto, iar cel mai simplu mod de a face acest lucru este de a reduce greutatea vehiculului. Materialele mai ușoare, cum ar fi fibra de carbon și aluminiu, sunt o alegere, dar nu reprezintă răspunsul în orice situație de greutate redusă. Și, de asemenea, tind să fie scumpe.
Din fericire, reducerea greutății poate fi realizată și prin utilizarea unui material mai puțin. Una dintre modalitățile tradiționale de a ușura componentele vehiculului este de a introduce găuri în ele. Găurile de luminare, care și-au găsit drumul în autovehicule în anii 1920, sunt găuri în componentele structurale utilizate de o varietate de discipline de inginerie pentru a face structuri mai ușoare. Marginile găurilor pot fi flanșate pentru a crește rigiditatea și rezistența componentei; găurile pot fi de formă circulară, triunghiulară, ovală sau dreptunghiulară, cu margini rotunjite. Colțurile ascuțite riscă apariția dispozitivelor de ridicare a stresului și nu trebuie să fie prea aproape de marginea unei componente structurale.
Prin urmare, provocarea introducerii orificiilor de iluminare în vehicule este determinarea componentelor care pot rezista la reducerea greutății - și cu cât - și să își păstreze integritatea și să satisfacă așteptările clienților privind durabilitatea și performanța vehiculului. Dacă există prea multe găuri, aceasta poate cauza probleme cu rigiditatea, durabilitatea și, poate, chiar și siguranța.
Cu toate acestea, inginerii de la Fiat Chrysler Automobiles (FCA SUA) abordează aceste provocări dezvoltând mai mulți algoritmi care pot determina rapid și cu exactitate dimensiunea optimă, forma și amplasarea găurilor de iluminare care sunt găurite în componentele cadrului vehiculului. Lucrările lor au fost prezentate într-o carte albă prezentată în aprilie la WCX 2017, adunarea internațională anuală a Societății inginerilor auto (SAE). Lucrarea este intitulată „O nouă abordare de dezvoltare a găurilor de iluminare pentru reducerea greutății, bazată pe durabilitatea cadrului, oboseală”.
Opțiunea Seam Weld de la DesignLife permite analiza oboselii îmbinărilor sudate prin îmbinare, inclusiv îmbinările sudate cu file, suprapunere și laser. Metoda se bazează pe abordarea dezvoltată de Volvo și validată de-a lungul anilor de utilizare pe proiectele de dezvoltare a caroseriei și șasiului vehiculului.
Constatările FCA
Potrivit inginerilor americani FCA, simularea oboselii CAE este utilizată pe scară largă în proiectarea cadrelor înainte de efectuarea testelor fizice la sol. O analiză tipică a oboselii durabilității cadrului include analiza oboselii metalice părinte (PMF) și analiza oboselii sudurii cusăturii (SWF). De obicei, ecartamentele componentelor cadrului sunt dictate de performanța SWF, astfel încât oportunitățile de reducere a greutății pot exista în zone îndepărtate de sudură.
O metodă de reducere a greutății cadrului este tăierea orificiilor de iluminare în zonele cu impact redus asupra performanței oboselii cadrului. Cartea albă propune o nouă metodologie pentru a identifica locațiile acestor zone non-critice în care pot fi adăugate găuri în timp ce cadrul vehiculului păstrează încă o durabilitate bună.
Pentru demonstrare a fost folosit un cadru ușor pentru camion. Cu noua abordare a orificiilor de iluminare, inginerii au reușit să reducă între trei și cinci procente din greutatea componentelor unui cadru fără a compromite durabilitatea cadrului la oboseală.
În plus față de provocarea de a îndepărta materialul, un cadru ușor pentru camion are multe îmbinări sudate. Procesul de sudare face ca aceste îmbinări de sudură să aibă proprietăți de oboseală diferite în comparație cu materialele părinte. Metoda Volvo utilizată de software-ul nCode de la HBM Prenscia a fost adoptată pe scară largă în simulările CAE auto pentru a prezice durabilitatea sudurii cusăturilor în articulațiile sudate.
Motivul pentru care sudura cusăturii prezintă o durată de oboseală mai mică decât metalul de bază este că zonele de sudură a cusăturii au de obicei crestături la rădăcini și degetele de la picioare, precum și efect de căldură și solicitări reziduale ridicate introduse din procesul de sudare. Astfel, zonele de sudură a cusăturii au de obicei daune mai mari la oboseală decât metalul părinte din apropiere în aceleași condiții de încărcare.
Pentru un cadru bine proiectat, indicatoarele metalelor de bază sunt specificate pentru a îndeplini performanța de durabilitate SWF. Deoarece ecartamentul elementelor de sudură a cusăturii este determinat de ecartamentele celor două plăci părinte ale acestuia, orice reducere directă a ecartamentului duce la proprietăți mai mici ale secțiunii pe aceste îmbinări sudate și compromite performanța durabilității sudurii cusăturii.
Fără limite
Cu toate acestea, este important să rețineți că abordarea orificiului de iluminare nu are o astfel de limitare. Indicatoarele plăcii părinte rămân aceleași, iar proprietățile secțiunii de pe îmbinările sudate rămân aceleași. Dacă găurile sunt plasate strategic în zone non-critice, performanța durabilității cadrului poate rămâne și la același nivel.