Світлішайте - журнал Fab Shop
Новий процес визначає оптимальні розміри, форму та розміщення економічних ваг отворів для освітлення в транспортних засобах
У наші дні "легкий" - це, мабуть, найпопулярніше слово в автомобільній промисловості. Поліпшення економії пального знаходиться на вершині кожного списку автовиробників, і найпростіший спосіб зробити це - зменшити вагу автомобіля. Більш легкі матеріали, такі як вуглецеве волокно та алюміній, - це один із варіантів, але вони не є відповіддю у кожній ситуації, що полегшує ситуацію. І вони, як правило, дорогі.
На щастя, зменшення ваги також можна досягти, використовуючи менше матеріалу. Одним з традиційних способів полегшення компонентів автомобіля є проколювання отворів у них. Отвори для освітлення, які вперше потрапили на гоночні автомобілі в 1920-х роках, - це отвори в конструкційних компонентах, що використовуються різними інженерними дисциплінами для полегшення конструкцій. Краї отворів можуть бути фланцевими, щоб збільшити жорсткість і міцність компонента; отвори можуть бути круглої, трикутної, овальної або прямокутної форми із закругленими краями. Гострі кути можуть загрожувати появою підсилювачів напруги і не повинні знаходитись занадто близько до краю конструктивного компонента.
Отже, завдання впровадження отворів для освітлення в транспортних засобах полягає у визначенні того, які компоненти можуть витримати зменшення ваги - і на скільки - і при цьому зберегти свою цілісність та задовольнити очікування споживачів щодо довговічності та продуктивності автомобіля. Якщо отворів занадто багато, це може спричинити проблеми з жорсткістю, довговічністю і, можливо, навіть безпекою.
Однак інженери Fiat Chrysler Automobiles (FCA US) вирішують ці проблеми, розробляючи безліч алгоритмів, які дозволяють швидко та точно визначити оптимальний розмір, форму та розміщення отворів для освітлення, що просвердлюються у компонентах рами автомобіля. Їх робота була представлена в доповіді, представленій у квітні на WCX 2017, щорічному міжнародному зібранні Товариства автомобільних інженерів (SAE). Стаття озаглавлена: "Новий підхід до розробки освітлювальних отворів для зменшення ваги, заснований на характеристиках втоми довговічності рами".
Варіант зварного шва DesignLife дозволяє проводити аналіз втоми зварних швів, включаючи ущільнювальні, перекриті та лазерно-зварні з’єднання. Метод базується на підході, розробленому Volvo та підтвердженому роками використання на шасі автомобілів та проектах з розробки кузова.
Висновки FCA
За словами американських інженерів FCA, моделювання втоми CAE широко використовується в конструкції рами перед тим, як проводити фізичні випробувальні наземні випробування. Типовий аналіз втоми довговічності рами включає аналіз втоми основного металу (PMF) та аналіз втоми зварних швів (SWF). Зазвичай датчики компонентів рами продиктовані роботою SWF, тому можливості зменшення ваги можуть існувати в місцях, віддалених від зварного шва.
Одним із методів зменшення ваги рами є вирізання отворів для освітлення в місцях, які мало впливають на ефективність втоми рами. Білий документ пропонує нову методологію для визначення місць розташування цих некритичних областей, в яких можуть бути додані отвори, в той час як рама автомобіля все ще зберігає хорошу довговічність.
Для демонстрації використовували раму легкої вантажівки. Завдяки новому підходу до освітлювальних отворів, інженерам вдалося зменшити від трьох до п’яти відсотків ваги на компонентах рами, не погіршуючи довговічності втомлюваності рами.
Додаючи складності у видаленні матеріалу, рама вантажного автомобіля з легким навантаженням має багато зварних з'єднань. Процес зварювання зазвичай призводить до того, що ці зварні з'єднання мають різні втомні властивості порівняно з вихідними матеріалами. Метод Volvo, що використовується програмним забезпеченням nCode від HBM Prenscia, широко застосовується в моделюванні автомобілів CAE для прогнозування довговічності зварного шва в зварних з'єднаннях.
Причиною зварного шва є менший термін служби, ніж основний метал, тому що місця зварного шва, як правило, мають вирізи на коренях і пальцях ніг, а також тепловий ефект та високі залишкові напруження, що виникають в процесі зварювання. Таким чином, ділянки зварних швів, як правило, мають більші втомні пошкодження, ніж сусідній основний метал за однакових умов навантаження.
Для добре спроектованої рами датчики основних металів призначені для забезпечення міцності SWF. Оскільки розмір елементів зварного шва визначається датчиками двох його основних пластин, будь-яке безпосереднє зменшення розміру призводить до зниження властивостей перетину на цих зварних з'єднаннях і погіршує показники довговічності зварного шва.
Без обмежень
Однак важливо зазначити, що підхід до освітлювальних отворів не має таких обмежень. Датчики вихідної пластини залишаються незмінними, а властивості перетину на зварних з'єднаннях також залишаються незмінними. Якщо отвори стратегічно розміщені в некритичних зонах, показники довговічності рами також можуть залишатися на тому ж рівні.