Зменшення маси - огляд тем ScienceDirect

Пов’язані терміни:

  • Енергетична інженерія
  • Силова установка
  • Вуглецеве волокно
  • Удосконалена високоміцна сталь
  • Економія палива
  • Високоміцна сталь
  • Марка сталі

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Легка вага автомобіля з використанням нового інструменту CAE для прогнозування дефектів тонкої плівки у високоміцних виливках

1.1.2 Економічна стійкість

Масове скорочення має очевидну вигоду для бізнесу завдяки зменшенню вартості сировини, але це стає ще більш важливим для довгострокової прибутковості бізнесу, якщо враховувати зростання інфляції сировини проти зростання ціни продажу преміум-автомобілів. На рисунку 1 наведено вартість алюмінію (як продається на Лондонській біржі металів (7)) та середню вартість автомобільного автомобіля преміум-класу (дані серії BMW 5 із звітів про конкуренцію ЄС щодо цін на автомобілі (8)), обидва нормалізовані відповідно до їх відповідних значення в 2000 році. Можна чітко побачити, що вартість алюмінію зростає вищими темпами, ніж вартість реконструкції нового автомобіля, тому, якщо автомобільні компанії хочуть залишатися прибутковою, вони повинні мати можливість зменшити загальну масу алюмінію, що використовується в транспортному засобі. Цього можна досягти за допомогою використання передових методів CAE, які відкривають нові можливості для значних досліджень проектних показників та зменшення маси за рахунок оптимізації конструкцій.

огляд

Фігура 1 . Нормалізовані витрати на транспортні засоби та алюміній преміум-класу протягом останнього десятиліття

Сталі для кузовів

Дж. Холл, Дж.Р.Фекете, в Automotive Steels, 2017

2.2 Внесок сталі в економію палива за рахунок зменшення маси

Внаслідок значного збільшення міцності марки сталі потрібно менше сталі для забезпечення таких самих характеристик несучого навантаження, ніж для нижчих класів міцності. Це дозволяє сталь вважати ефективним матеріалом для полегшення і тим самим сприяти поліпшенню економії палива. Кілька досліджень щодо зменшення маси транспортного засобу з високоміцною та вдосконаленою високоміцною сталлю було завершено протягом періоду 2009–11 [9–12]. Ці дослідження призвели до масового скорочення з 13% до 29% порівняно з базовими транспортними засобами. Варіація зменшення маси залежить в основному від типу методу оптимізації, який буде розглянуто нижче.

2.2.1 Оптимізація 2-Г класу та калібрів

Часто зменшення маси транспортного засобу починається з розгляду "альтернативних" матеріалів з меншою щільністю, таких як полімери, зміцнені алюмінієм, магнієм або вуглецевим волокном, як описано в главі 1, Дизайн автомобільного кузова: перспектива матеріалів. У цьому розділі зосереджено увагу на досягненні зменшення маси автомобіля за допомогою сталі в конструкції кузова та закриттях.

Порівняно простий спосіб зменшити масу автомобіля, що використовує сталь, - це замінити кожну домінуючу деталь міцності на таку, виготовлену із сталі вищої міцності. Зменшення маси відбувається через те, що частина меншої товщини матеріалу з більшою міцністю може нести більше навантаження. Дослідження Lotus Engineering на Toyota Venza 2009 року, що фінансується Американським енергетичним фондом, оцінило можливості зменшення маси для типового автомобіля в сегменті комунальних кросоверів. Базовий корпус Venza 2009 року був переважно м'якою сталлю з менш ніж 10% високоміцної сталі. Дослідження оцінило дві архітектурні зміни, класифіковані як „низький” чи „високий” розвиток. Транспортний засіб із “низьким рівнем розвитку” ставив за мету зменшення маси на 20% завдяки використанню технологій, здійсненних до 2014 року для включення в транспортний засіб 2017 року. Цей транспортний засіб використовував в основному високоміцні марки сталі з дуже мало кольорових застосувань. Транспортний засіб з високим рівнем розвитку мав на меті зниження маси на 40% на виробництво 2020 року за допомогою технологій, здійсненних до 2017 р. Ця версія зосереджена на використанні альтернативних матеріалів, таких як алюміній, магній та полімерні композити.

Включивши нові вдосконалені високоміцні сталі (AHSS) у 2009 Toyota Venza, інженерія Lotus змогла зменшити масу тіла в білому (BIW) приблизно на 16%, що відповідало іншим моделям автомобілів, які вже застосовували помірні кількості високоміцна сталь. Попередні дослідження WorldAutoSteel на дослідницькій родині UltraLight [8] показали, що при заміні м'якої сталі на AHSS можна досягти зниження маси на 25%. Транспортний засіб “високого розвитку” з використанням альтернативних матеріалів з меншою щільністю показав лише економію на 29%.