Матеріали для зменшення ваги автомобіля - сьогодні; s Автомобілі
Нове покоління технологій управління матеріалами відкриє вікно для легших та ефективніших автомобілів.
Європейські та північноамериканські мандати щодо зниження споживання палива та викидів вихлопної труби чинять величезний тиск на виробників автомобілів для покращення пробігу існуючих автомобілів та розробки нових ефективних конструкцій. Тільки стандарт середньої економічної витрати палива в США (CAFE) до 2025 р. Зростає до 54,5 млн. Фунтів на рік, що означає, що автомобільні виробники вже зараз на місці, щоб забезпечити суттєво кращі показники протягом наступних 10 років.
Найбільш перспективним шляхом до більшої паливної ефективності є зменшення ваги автомобілів. Вага автомобіля відповідає за понад дві третини енергії, необхідної для його руху. В результаті багато виробників прискорюють впровадження вдосконалених матеріалів для зменшення ваги легкових та вантажних автомобілів.
Композити, армована пластмаса, легка сталь та алюміній розгортаються в автомобільній промисловості з рекордними показниками для поліпшення паливної ефективності. Автомобільні виробники інтегрують нові матеріали в деталі та вузли в існуючих конструкціях і розробляють навколо них повністю перероблені платформи, такі як BMW i3 та i8.
Нові матеріальні системи забезпечують значні переваги щодо питомої ваги та жорсткості. Однак через їхню мінливість внаслідок нових методів виробництва та недостатнього знайомства інженерів з новими матеріальними системами потрібно значно більше та різних видів випробувань - що потенційно може збільшити попередні витрати. Це розширення тестування зобов'язує виробників обладнання переосмислити, як управляються матеріальними системами, і як вони повинні розвиватися для підтримки більш широкого використання нових матеріалів.
Управління попередніми матеріалами
Традиційні метали та пластмаси використовуються в автомобільному дизайні протягом десятиліть, тому інженери накопичили величезний обсяг знань про свою поведінку. Традиційні матеріали поводяться ізотропно, що означає, що вони поводяться послідовніше, ніж нові матеріали з анізотропними властивостями. Наприклад, деталь із сталі буде рівномірно жорсткою по всій своїй геометрії. Деталь, виготовлена з нового матеріалу, наприклад, композиту, може бути виготовлена, щоб бути жорсткішою в одній області, ніж інша.
Ця мінливість у новому матеріалі створює можливості для зменшення ваги, але також ускладнює визначення того, як деталі та вузли деформуються та руйнуються. Ця мінливість є абсолютно новим елементом в автомобільній техніці: ідея того, що сам матеріал є змінною конструкції, яку можна оптимізувати.
Враховуючи цей новий всесвіт змінних, автомобільні виробники повинні задовольнити абсолютно новий набір ділових потреб, перш ніж вони зможуть широко інтегрувати нові матеріали в конструкції автомобілів. Більшість з них обертаються навколо потреби збирати, управляти та застосовувати нові матеріали та дані тестування.
Підраховано, що кількість випробувань у складеній програмі транспортного засобу - порівняно з її металевим аналогом - зросла на порядок, спричиняючи значне збільшення робочого навантаження, обробки та управління даними. Це збільшення створює три критичні потреби бізнесу.
Перший - це збирання даних тестування в логічно організованій, доступній для пошуку та автоматизованій формі. Зведення даних тестів до властивостей, які можуть бути використані при проектуванні та аналізі, повинно бути безперебійним та ефективним.
Друга потреба - відстеження всіх даних випробувань матеріалу. Нові матеріальні системи вимагають збору не тільки даних випробувань, але також даних процесу та виробництва, які використовувались для виготовлення зразків випробувань матеріалів. Це включає відстеження виробничого процесу, навколишнього середовища (наприклад, вологості або температури протягом всього процесу) та даних про матеріали (термін зберігання тощо). Зміни в будь-якому з цих умов можуть сильно вплинути на дані тестів.
Останньою потребою є спрощення обсягу фізичних випробувань для зменшення витрат та скорочення циклів розробки. Зменшення кількості фізичних випробувань можна досягти за допомогою моделювання, заснованого на принципах інтегрованої обчислювальної техніки (ICME). Точна побудова та імітація фізичного випробування зразка практично зменшила б витрати та час розробки, забезпечуючи пряму рентабельність інвестицій.
Цими даними моделювання слід керувати та підтримувати їх у тій самій системі, що і фізичні дані. Однак цей підхід вимагає змішування дисциплін моделювання, матеріалознавства та високопродуктивних обчислень в інтегрованих технологічних системах. Ці системи ще не існують, але вони швидко наближаються, оскільки потреба в них зростає.
Управління даними про матеріали
Основоположна технологія інтегрованих систем моделювання/даних про матеріали з’явилася, коли інструменти управління даними про дизайн матеріалів вперше з’явились на ринку в 1989 році завдяки введенню MIL-HDBK5 та Mvision, першої комерційно доступної бази даних та системи управління матеріалами. PDA Engineering розробила їх у відповідь на контракт ВПС на вдосконалення управління матеріалами.
Навколо цих продуктів виник ринок, який породив інновації протягом 2000 року. Постачальники програмного забезпечення розробили оцифровані банки даних для довідкових даних, даних дизайну та стандартів, а також інтегровані засоби управління даними матеріалів із системами автоматизованої інженерії (CAE) та дизайну (CAD) та платформи управління даними про товари. Вони надали можливість зберігати дані та зменшувати їх до величин, прийнятних для моделювання, пошуку та порівняння.