Reducerea masei - o prezentare generală Subiecte ScienceDirect
Termeni asociați:
- Ingineria energetică
- Powertrain
- Fibra de carbon
- Oțel avansat de înaltă rezistență
- Economie de combustibil
- Oțel de înaltă rezistență
- Grad de oțel
Descărcați în format PDF
Despre această pagină
Ponderarea ușoară a vehiculului utilizând un nou instrument CAE pentru prezicerea defectelor filmului subțire la piesele turnate de înaltă rezistență
1.1.2 Sustenabilitate economică
Reducerea masei are un beneficiu evident în afaceri prin costul redus al materiilor prime, dar acest lucru devine și mai important pentru rentabilitatea pe termen lung a afacerii dacă se ia în considerare creșterea inflației materiilor prime față de creșterea prețului de vânzare al vehiculelor auto premium. Figura 1 prezintă costul aluminiului (tranzacționat la London Metal Exchange (7)) și costul mediu al unui vehicul auto premium (datele BMW Seria 5 din Rapoartele UE privind prețurile mașinilor de concurență (8)), ambele normalizate în raport cu valoare în anul 2000. Se poate vedea clar că costul aluminiului crește cu o rată mai mare decât costul de cost al unui vehicul nou, astfel încât, dacă companiile auto vor rămâne profitabile, acestea trebuie să poată reduce masa totală de aluminiu utilizat în vehicul. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea tehnicilor CAE avansate care oferă noi oportunități pentru investigații semnificative ale performanței proiectării și reducerea masei prin optimizarea structurală.
Figura 1. Costuri normalizate pentru vehicule premium și aluminiu în ultimul deceniu
Oțeluri pentru caroserii auto
J.N. Hall, J.R. Negru, în Oțeluri auto, 2017
2.2 Contribuția oțelului la economia de combustibil prin reducerea masei
Ca urmare a creșterilor semnificative ale rezistenței la oțel, este nevoie de mai puțin oțel pentru a oferi aceeași performanță de încărcare decât pentru rezistențe mai mici. Acest lucru permite ca oțelul să fie considerat un material eficient pentru greutatea redusă și, astfel, să contribuie la o economie de combustibil îmbunătățită. Câteva studii privind reducerea masei vehiculului cu oțel de înaltă rezistență și oțel de înaltă rezistență avansat au fost finalizate în perioada de timp 2009-2011 [9-12]. Aceste studii au dus la reduceri de masă de la 13% la 29% în comparație cu vehiculele de bază. Variația reducerii masei depinde în primul rând de tipul metodei de optimizare utilizate și va fi discutată mai jos.
2.2.1 Gradul 2-G și optimizarea gabaritului
Adesea, reducerea masei vehiculului începe cu examinarea materialelor „alternative” cu densitate mai mică, cum ar fi polimerii armați cu aluminiu, magneziu sau fibră de carbon, așa cum este descris în capitolul 1, Proiectarea corpului auto: perspectiva materialelor. Această secțiune se concentrează pe reducerea masei vehiculului folosind oțelul în structura caroseriei și închiderile.
O modalitate relativ simplă de a reduce masa într-un vehicul care folosește oțel este înlocuirea fiecărei părți dominante de rezistență cu una realizată dintr-o oțel de rezistență mai mare. Reducerea masei are loc deoarece o parte cu grosime mai mică dintr-un material cu rezistență mai mare poate transporta mai multă sarcină. Un studiu Lotus Engineering privind Toyota Venza din 2009 finanțat de SUA Energy Foundation a evaluat oportunitățile de reducere a masei pentru un vehicul tipic din segmentul utilităților crossover. Corpul de bază Venza din 2009 a fost predominant din oțel ușor, cu mai puțin de 10% oțel de înaltă rezistență. Studiul a evaluat două modificări arhitecturale clasificate ca fiind „reduse” sau „ridicate”. Vehiculul „cu dezvoltare redusă” a vizat o reducere a masei cu 20% prin utilizarea tehnologiilor fezabile până în 2014 pentru includerea într-un vehicul din 2017. Acest vehicul a folosit în principal calități de oțel de înaltă rezistență cu foarte puține aplicații neferoase. Vehiculul cu „dezvoltare ridicată” a vizat o reducere a masei cu 40% pentru producția din 2020, cu tehnologie fezabilă până în 2017. Această versiune s-a axat pe utilizarea de materiale alternative precum aluminiu, magneziu și compozite polimerice.
Prin încorporarea noilor clase avansate de oțel de înaltă rezistență (AHSS) în Toyota Venza din 2009, ingineria Lotus a reușit să reducă masa corpului în alb (BIW) cu aproximativ 16%, ceea ce a fost în concordanță cu alte modele de vehicule care utilizează deja cantități moderate de oțel de înaltă rezistență. Studiile anterioare realizate de WorldAutoSteel asupra familiei de cercetare UltraLight [8] au arătat că este posibilă reducerea cu 25% a masei la înlocuirea oțelului ușor cu AHSS. Vehiculul cu „dezvoltare ridicată” care utilizează materiale alternative cu densitate mai mică, a prezentat doar economii de masă de 29%.