Кузова автомобилей до настоящего времени состояли в основном из однородной стальной конструкции с постоянной толщиной листового материала. Компоненты, которые подвергаются особенно сильным локальным напряжениям, часто имеют завышенные размеры, потому что прочность стенок должна быть рассчитана таким образом, чтобы выдерживать самую высокую точку местного напряжения. Это означает, что толщина листа больше, чем требуется в областях, подверженных меньшим нагрузкам, что делает компоненты излишне тяжелыми. Кроме того, автопроизводители используют много дорогих высокопрочных стальных листов.
Таким образом, в настоящее время постоянно идет на компромисс между массой компонентов, стоимостью компонентов и безопасностью при столкновении.Теперь исследователи из Института материалов и лучевых технологий им. Фраунгофера IWS в Дрездене разработали технологию облегченной конструкции, которая позволяет снизить вес транспортного средства, обеспечивая при этом адекватную безопасность при столкновении. «Безопасность и легкая конструкция не должны противоречить друг другу, — говорит Маркус Вагнер, ученый из IWS. Чтобы характеристики компонентов кузова более точно соответствовали действующим на них напряжениям, инженер и его коллеги применяют новый захватывающий подход, называемый «локальное лазерное усиление».
Этот подход предполагает использование недорогих, низкопрочных стальных листов с минимальной толщиной стенок и их локальное усиление только в тех областях, которые подвержены сильным напряжениям. Для этого специалисты направляют сфокусированный лазерный луч по поверхности необработанного листа. Обработанные таким образом зоны нагреваются или даже начинают плавиться, прежде чем снова затвердеть. Тепло быстро рассеивается в прилегающий холодный материал, в результате чего дорожка быстро остывает.
При этом образуются твердые фазы, и материал значительно упрочняется. «Мы получаем прочность до 1500 МПа (мегапаскалей). Это примерно вдвое больше прочности неармированного основного материала », — говорит Вагнер. «Это позволяет нам оптимизировать вес и нагрузки, прежде всего, в конструкции балок переднего и заднего бампера, центральной стойки и различных элементов жесткости».Компоненты, которые гнутся вдвое меньшеНапряжения при столкновении создают сложные высокоскоростные деформации компонентов.
С помощью местного лазерного армирования ученые стремятся добиться большей устойчивости к деформации. Чем меньше прогибается часть кузова автомобиля, тем выше защита водителя.
В то же время на характер разрушения можно повлиять, предварительно определив положение первой пластической деформации. Чтобы это сработало, исследователи должны определить оптимальное положение и геометрию путей армирования.
Следует указать следы? Наклонный? Должны ли они идти вдоль?
Каким должен быть состав материала, чтобы оптимизировать сложность деформации зоны армирования? Исследователи могут найти ответы на все эти вопросы с помощью имитационных тестов на компьютере. «С помощью нашего моделирования мы можем моделировать полевые испытания.
Результаты, полученные в результате испытаний и моделирования, отличаются друг от друга всего на несколько миллиметров », — говорит Вагнер.С помощью численного моделирования ученый и его команда разработали оптимизированную для столкновений конструкцию гусеницы для изгибающего напряжения, которое может возникнуть, когда автомобиль сталкивается лицом к лицу с деревом или сбоку сбоку другой автомобиль. Дизайн дорожки переносился на реальные компоненты с помощью лазера. «Нам удалось вдвое уменьшить прогиб профиля трубы, армированного локальным лазером, по сравнению с эталонной деталью, даже несмотря на то, что мы локально армировали только три процента объема компонента.
Другими словами, мы удвоили его показатели аварийности », — объясняет Вагнер.Исследователи IWS уже применили этот метод к различным профилям аварий и компонентам сидений от имени клиентов.
Благодаря новой конструкции, рассчитанной на определенные нагрузки, они могут значительно снизить прочность стенок и тем самым облегчить компоненты до 20 процентов, не пренебрегая безопасностью при столкновении. На следующем этапе Вагнер и его коллеги хотят усовершенствовать свою технологию с помощью автоматической оптимизации геометрии пути.