Майбутнє легкого будівництва Ефективне та доступне - Звіт про інновації
Легка конструкція є і залишатиметься ключовою технологією для багатьох галузей промисловості, починаючи від транспортних та авіаційних технологій, закінчуючи суднобудуванням та космічними подорожами. У той же час, завдяки підходу до зменшення ваги, він пропонує великий потенціал для економії викидів, шкідливих для клімату. Поки що порівняно високі витрати були перешкодою.
У рамках проекту ЄС "АЛЬЯНС" виробники автомобілів, постачальники та науково-дослідні установи об'єдналися, щоб змінити це - координуються Daimler та Інститутом структурної міцності та надійності системи Фраунгофера LBF.
З огляду на кліматичні зміни важливо зменшити шкідливі викиди від автомобілів. Одним із підходів є зменшення їх ваги - іншими словами, полегшена конструкція. Однак поки що висока ціна компонентів заважала широкомасштабному використанню, легкі компоненти просто надто дорогі для недорогих моделей автомобілів. Якщо легка конструкція переважає для більшості встановлених деталей автомобіля, гвинт ціни потрібно повернути.
Зменшити викиди CO2 на 25 відсотків
Це саме те, що зробили численні партнери у проекті ЄС «АЛЬЯНС», скороченому від AffordabLe Lightweight Automobiles AlliaNCE: Вони озвучили, яка можлива економія коштів, та розробили відповідні технології. Залучено шість відомих автовиробників, шість постачальників комплектуючих та матеріалів та різні дослідницькі установи.
Проект координували Даймлер та Інститут структурної міцності та надійності системи Фраунгофера LBF в Дармштадті. «Разом ми змогли продемонструвати, що недорогі легкі конструкції можливі!» - говорить професор Тіло Бейн, керівник відділу наукових досліджень Fraunhofer LBF. Будучи секретарем проекту, він координував партнерів, стежив за результатами, організовував зустрічі тощо.
»Ми змогли заощадити понад 30 відсотків ваги окремих компонентів і, таким чином, зменшити їх частку викидів СО2 на 25 відсотків - зі збільшенням витрат лише на 2,67 євро за кілограм, що заощаджується в середньому на компонент, що прийнятно для виробника автомобілів «Якщо врахувати баланс CO2 та енергетичний баланс з самого початку, відповідно до результатів проекту, витрати можуть бути зменшені ще більше.
Від проектування до процесу з’єднання
Дослідники з Fraunhofer LBF не лише внесли свій внесок у проект з точки зору координації, вони також внесли власну дослідницьку роботу, наприклад, у розробці компонентів. Якщо ви використовуєте нові матеріали для виробництва автомобільних компонентів, такі параметри, як товщина стінки, власна частота компонентів - що важливо для розвитку шуму - або вага повинні бути переоптимізовані.
Це часто робиться за допомогою методу скінченних елементів: Наприклад, віртуальне крило ділиться на безліч маленьких одиниць, а його фізична поведінка потім обчислюється та оптимізується. Однак ці моделі дуже складні. "Тому у компанії Fraunhofer LBF ми розробили параметризовану модель, яка надзвичайно спрощує цю процедуру", - говорить Бейн.
Принцип: Експерти зменшують складність моделі, а параметри, такі як вага, власна частота або товщина стінки, зберігаються. Вони використовують цю модель для оптимізації - що набагато простіше - і потім переносять результати назад у вихідну модель скінченних елементів.
"Ця багатопараметрична оптимізація може бути використана як на ранній стадії концепції, так і в подальшому детальному проектуванні", - говорить Бейн. Дослідники вже випробували свій метод у модулі віртуального демонстратора для інтерфейсного компонента від Opel.
Результат: кроки ітерації в конструкції зменшуються, бажані параметри краще досягаються.
Проект "АЛЬЯНС" також включав розробку відповідних процесів з'єднання для надійного та надійного з'єднання легких компонентів: Результатом є 14 різних процесів з'єднання. Фахівці Fraunhofer внесли свій досвід у тестування на втому. Наприклад, для гібридних процесів з’єднання - клепання в поєднанні з приклеюванням - вони піддавали зразки, подібні до компонентів, різним циклічним навантаженням і вивчали, наскільки зв’язки витримують цю процедуру.
Дослідники з Fraunhofer LBF провели подальше випробування експлуатаційної стійкості на пластиковому підлозі від Toyota. Обидва тести дали хороші результати.
Проект закінчено. Визначено подальші потреби дослідницької діяльності з боку консорціуму - готується подальший проект. "Результати вплинуть на розробку продукції протягом наступних кількох років", - впевнений Бейн.