Los investigadores de Fraunhofer LBF diseñaron una celda personalizada para probar la durabilidad estructural de los componentes livianos recientemente desarrollados. Crédito:Fraunhofer LBF, Raapke
La tecnología ligera ha sido durante mucho tiempo y seguirá siendo un pilar de la ingeniería automotriz y aeroespacial, construcción naval y una serie de otras industrias. Los materiales y componentes más livianos también podrían ayudar a reducir las emisiones que impulsan el cambio climático. Pero las opciones más ligeras son más caras, y el costo relativamente elevado ha impedido su adopción. Eso está a punto de cambiar gracias a los esfuerzos de un consorcio de fabricantes de automóviles, proveedores e institutos de investigación. Llamado ALLIANCE y coordinado por Daimler y el Instituto Fraunhofer de Durabilidad Estructural y Confiabilidad del Sistema LBF, este proyecto tiene buenas noticias para los diseñadores:resulta que Es totalmente posible fabricar componentes que son hasta un 33 por ciento más livianos a un costo adicional de menos de tres euros por kilogramo ahorrado.
Si queremos abordar el cambio climático, tendremos que frenar las emisiones nocivas de los coches. Una forma de hacerlo es construir vehículos más ligeros. Los fabricantes de automóviles han tardado en ir por ese camino porque los componentes livianos son caros. Son simplemente demasiado caros para los modelos económicos. Si los diseños livianos se van a generalizar y constituyen la mayoría de los componentes instalados, los ingenieros tendrán que encontrar una manera de reducir los precios.
CO 2 emisiones reducidas en un 25 por ciento
Esto es exactamente lo que se propusieron hacer los numerosos socios que participaron en el proyecto AffordabLe LIght -weight Automobiles AlliaNCE (o ALLIANCE, para abreviar) de la UE. Sondearon el potencial de ahorro y desarrollaron tecnologías para aprovechar las oportunidades más prometedoras. Seis principales fabricantes de automóviles, seis proveedores de componentes y materiales, y varios institutos de investigación participaron en este proyecto coordinado por Daimler y el Instituto Fraunhofer de Durabilidad Estructural y Fiabilidad del Sistema LBF en Darmstadt. "Juntos, pudimos establecer que el diseño liviano y rentable es factible, "dice el profesor Thilo Bein, Responsable de Gestión del Conocimiento en Fraunhofer LBF. Como secretario del proyecto designado, él sirvió de enlace entre socios, resultados rastreados, reuniones organizadas, y similares. "Logramos hacer que los componentes individuales sean más de un 30 por ciento más livianos, reduciendo así su participación en CO 2 las emisiones en un 25 por ciento, con un aumento de los costes por componente de solo 2,67 € por kilogramo ahorrado de media, que es aceptable para los fabricantes de automóviles ". Los protagonistas de este proyecto encontraron que los costos pueden ser incluso más bajos si el CO 2 y los balances energéticos se tienen en cuenta desde el principio.
Diseño primero, unirse al último
Los científicos de Fraunhofer LBF hicieron más que simplemente ayudar a coordinar el proyecto. También aportaron sus habilidades de investigación para influir en el diseño de los componentes. Los ingenieros deben optimizar de abajo hacia arriba todos los materiales nuevos en las piezas de automóvil. Ajustan el peso de estos componentes, el espesor de sus paredes, y sus frecuencias naturales, que son importantes para gestionar el ruido, entre otros parámetros. A menudo utilizan el método de los elementos finitos para este fin. Llevar, por ejemplo, un guardabarros. Su diseñador primero crearía un modelo virtual, y luego dividirlo en muchas unidades pequeñas para calcular y optimizar el comportamiento físico de esta parte. La desventaja de estos modelos es que son terriblemente complejos. "Es por eso que desarrollamos un modelo parametrizado en Fraunhofer LBF que simplifica enormemente este procedimiento, "dice Bein. Estos expertos simplificaron el modelo, reduciendo su complejidad pero conservando parámetros como el peso, frecuencia natural o espesor de pared. Este modelo más simple sirve para optimizar parámetros, que luego se canalizan de nuevo al modelo original de elementos finitos. "Esta optimización multiparamétrica se puede utilizar tanto en la fase conceptual inicial como posteriormente al detallar el diseño, ", dice Bein. Probar su método en un módulo de demostración virtual para un componente frontal de Opel, los investigadores encontraron que era de gran ayuda:permite diseñar componentes con menos pasos iterativos y proporciona una mejor manera de lograr los parámetros objetivo.
Los métodos de unión también estaban en la agenda del proyecto ALLIANCE. Se trataba de conectar componentes ligeros de forma segura y firme. El esfuerzo de desarrollo identificó 14 diferentes procesos de unión adecuados. Los expertos de Fraunhofer aportaron sus conocimientos específicos a la mesa cuando llegó el momento de realizar pruebas de durabilidad estructural. Encargado de investigar los procesos de unión híbridos que combinan remaches con uniones adhesivas, sometieron muestras similares a componentes a varias cargas cíclicas para determinar qué tan bien las juntas resistirían el desgaste. Los investigadores de Fraunhofer LBF también probaron una carrocería de plástico Toyota para mayor durabilidad estructural. Los resultados de ambas pruebas fueron buenos.
Este proyecto ha seguido su curso, pero el consorcio decidió ampliar su investigación, por lo que se está preparando un proyecto de seguimiento. "Los resultados se traducirán en el desarrollo de productos durante los próximos años, "dice Bein, hablando con seguridad.
