Viitorul construcției ușoare Eficient și accesibil - Raportul inovațiilor
Construcția ușoară este și va rămâne o tehnologie cheie pentru numeroase industrii, de la tehnologia vehiculelor și a aeronavelor la construcția de nave și călătoriile spațiale. În același timp, datorită abordării de reducere a greutății, oferă un mare potențial de economii în ceea ce privește emisiile nocive pentru climă. Până în prezent, costurile relativ ridicate au fost un obstacol.
În proiectul UE ALLIANCE, producătorii de autoturisme, furnizorii și instituțiile de cercetare s-au reunit pentru a schimba acest lucru - coordonat de Daimler și Institutul Fraunhofer pentru durabilitate structurală și fiabilitate a sistemului LBF.
Având în vedere schimbările climatice, este important să se reducă emisiile nocive de la autoturisme. O abordare este reducerea greutății lor - cu alte cuvinte, construcție ușoară. Până acum, însă, prețul ridicat al componentelor a împiedicat utilizarea pe scară largă, componentele ușoare sunt pur și simplu prea scumpe pentru modelele de mașini ieftine. Dacă construcția ușoară trebuie să predomine pentru majoritatea componentelor instalate ale mașinii, șurubul de preț trebuie să fie rotit.
Reduceți emisiile de CO2 cu 25%
Este exact ceea ce au făcut numeroși parteneri din proiectul european ALLIANCE, prescurtat de la AffordabLe Lightweight Automobiles AlliaNCE: au analizat ce economii sunt posibile și au dezvoltat tehnologii corespunzătoare. Au fost implicați șase producători renumiți de automobile, șase furnizori de componente și materiale și diverse instituții de cercetare.
Proiectul a fost coordonat de Daimler și Institutul Fraunhofer pentru durabilitate structurală și fiabilitate a sistemului LBF din Darmstadt. „Împreună am putut demonstra că este posibilă o construcție ușoară și ieftină!”, Spune prof. Thilo Bein, șef de management științific la Fraunhofer LBF. În calitate de secretar de proiect, a coordonat partenerii, a urmărit rezultatele, a organizat întâlniri și altele asemenea.
»Am reușit să economisim peste 30 la sută din greutatea componentelor individuale și, astfel, să reducem cota lor de emisii de CO2 cu 25 la sută - cu o creștere a costurilor de doar 2,67 euro pe kilogram economisit în medie pe componentă, ceea ce este acceptabil pentru producătorul auto este. «Dacă ții cont de bilanțul de CO2 și de cel energetic încă de la început, costurile pot fi reduse și mai mult, conform rezultatului proiectului.
De la proiectare la procesul de asociere
Cercetătorii de la Fraunhofer LBF nu numai că au contribuit la proiect în ceea ce privește coordonarea, ci și-au contribuit propriile activități de cercetare, de exemplu în proiectarea componentelor. Dacă utilizați materiale noi pentru producerea componentelor auto, parametrii precum grosimea peretelui, frecvența naturală a componentelor - ceea ce este important pentru dezvoltarea zgomotului - sau greutatea trebuie să fie re-optimizate.
Acest lucru se face adesea folosind metoda elementelor finite: De exemplu, aripa virtuală este împărțită în multe unități mici și comportamentul său fizic este apoi calculat și optimizat. Cu toate acestea, aceste modele sunt foarte complexe. „La Fraunhofer LBF, am dezvoltat, prin urmare, un model parametrizat care simplifică extrem de mult această procedură”, spune Bein.
Principiul: Experții reduc complexitatea modelului, în timp ce parametrii precum greutatea, frecvența naturală sau grosimea peretelui sunt păstrați. Ei folosesc acest model pentru optimizare - ceea ce este mult mai ușor - și apoi transferă rezultatele înapoi la modelul original al elementelor finite.
„Această optimizare multiparametrică poate fi utilizată atât în faza inițială a conceptului, cât și în proiectarea detaliată ulterioară”, spune Bein. Cercetătorii și-au testat deja metoda într-un modul demonstrativ virtual pentru o componentă front-end de la Opel.
Rezultatul: pașii de iterație din proiectare sunt reduși, parametrii doriți sunt mai bine realizați.
Proiectul ALLIANCE a inclus, de asemenea, dezvoltarea unor procese de îmbinare adecvate pentru a conecta componentele ușoare ferm și sigur între ele: Rezultatul este 14 procese de îmbinare diferite. Experții Fraunhofer și-au contribuit expertiza în testarea oboselii. De exemplu, pentru procesele de îmbinare hibridă - nituire în combinație cu lipire - acestea au supus probe de tip component la diferite sarcini ciclice și au examinat cât de bine rezistă conexiunile la această procedură.
Cercetătorii de la Fraunhofer LBF au efectuat un test suplimentar al stabilității operaționale pe un subsol din plastic de la Toyota. Ambele teste au dat rezultate bune.
Proiectul s-a terminat. Sunt definite nevoile suplimentare de cercetare din partea consorțiului - se pregătește un proiect de urmărire. „Rezultatele vor fi încorporate în dezvoltarea produselor în următorii câțiva ani”, este sigur Bein.