Os pesquisadores da Fraunhofer LBF projetaram uma célula personalizada para testar a durabilidade estrutural dos componentes leves recém-desenvolvidos. Crédito:Fraunhofer LBF, Raapke
A tecnologia leve tem sido e com certeza continuará sendo um pilar da engenharia automotiva e aeroespacial, construção naval e uma série de outras indústrias. Materiais e componentes mais leves também podem ajudar a reduzir as emissões que impulsionam as mudanças climáticas. Mas opções mais leves são mais caras, e o custo relativamente alto impediu sua adoção. Isso está prestes a mudar graças aos esforços de um consórcio de montadoras, fornecedores e institutos de pesquisa. Chamado ALLIANCE e coordenado pela Daimler e pelo Instituto Fraunhofer para Durabilidade Estrutural e Confiabilidade do Sistema LBF, este projeto traz algumas boas notícias para designers:como se constatou, é perfeitamente possível construir componentes até 33% mais leves a um custo adicional de menos de três euros por quilograma economizado.
Se quisermos enfrentar a mudança climática, teremos de reduzir as emissões nocivas dos carros. Uma maneira de fazer isso é construir veículos mais leves. As montadoras têm demorado a seguir esse caminho porque os componentes leves são caros. Eles são simplesmente caros demais para os modelos de orçamento. Se os projetos leves se tornarem populares e constituírem a maioria dos componentes instalados, os engenheiros terão que encontrar uma maneira de reduzir os preços.
CO 2 emissões reduzidas em 25 por cento
Isso é exatamente o que os numerosos parceiros envolvidos no projeto AffordabLe Light-Weight Automobiles AlliaNCE - ou ALLIANCE para abreviar - se propuseram a fazer. Eles sondaram o potencial de economia e desenvolveram tecnologias para aproveitar as oportunidades mais promissoras. Seis grandes fabricantes de automóveis, seis fornecedores de componentes e materiais, e vários institutos de pesquisa participaram desse projeto coordenado pela Daimler e o Instituto Fraunhofer para Durabilidade Estrutural e Confiabilidade do Sistema LBF em Darmstadt. "Juntos, conseguimos estabelecer que um design leve e econômico é viável, "diz o Prof. Thilo Bein, Chefe de Gestão do Conhecimento da Fraunhofer LBF. Como secretário do projeto designado, ele fez a ligação entre os parceiros, resultados rastreados, reuniões organizadas, e similar. "Conseguimos tornar os componentes individuais mais de 30 por cento mais leves, reduzindo assim sua participação de CO 2 emissões em 25 por cento - com custos por componente aumentando apenas € 2,67 por quilograma economizado em média, o que é aceitável para as montadoras. "Os protagonistas deste projeto descobriram que os custos podem ser ainda mais baixos se o CO 2 e os equilíbrios de energia são considerados desde o início.
Projete primeiro, juntando-se por último
Os cientistas da Fraunhofer LBF fizeram mais do que apenas ajudar a coordenar o projeto. Eles também trouxeram suas habilidades de pesquisa para o design dos componentes. Os engenheiros precisam otimizar de baixo para cima todos os novos materiais nas peças automotivas. Eles ajustam o peso desses componentes, a espessura de suas paredes, e suas frequências naturais, que são importantes para gerenciar o ruído, entre outros parâmetros. Eles costumam usar o método dos elementos finitos para esse fim. Leva, por exemplo, um pára-choque. Seu designer criaria primeiro um modelo virtual, e, em seguida, divida-o em várias unidades pequenas para calcular e otimizar o comportamento físico dessa parte. A desvantagem desses modelos é que eles são terrivelmente complexos. "É por isso que desenvolvemos um modelo parametrizado na Fraunhofer LBF que simplifica enormemente este procedimento, "diz Bein. Esses especialistas simplificaram o modelo, reduzindo sua complexidade, mas mantendo parâmetros como peso, frequência natural ou espessura da parede. Este modelo mais simples serve para otimizar parâmetros, que são então canalizados de volta para o modelo de elementos finitos original. "Esta otimização multiparâmetro pode ser usada tanto na fase conceitual inicial quanto posteriormente ao detalhar o projeto, "diz Bein. Testando seu método em um módulo de demonstração virtual para um componente de front-end da Opel, os pesquisadores descobriram que é uma grande ajuda:permite que os componentes sejam projetados com menos etapas iterativas e fornece uma maneira melhor de atingir os parâmetros de destino.
Métodos de adesão também estiveram na agenda do projeto ALLIANCE. Eles deveriam conectar componentes leves de maneira segura e firme. O esforço de desenvolvimento identificou 14 processos de união adequados diferentes. Os especialistas da Fraunhofer trouxeram seus conhecimentos específicos para a mesa quando chegou a hora de testar a durabilidade estrutural. Com a tarefa de investigar os processos de união híbrida que combinam rebites com ligações adesivas, eles submeteram amostras semelhantes a componentes a várias cargas cíclicas para determinar quão bem as juntas resistiriam ao desgaste. Os pesquisadores da Fraunhofer LBF também testaram a parte inferior da carroceria de plástico da Toyota para durabilidade estrutural. Os resultados de ambos os testes foram bons.
Este projeto chegou ao fim, mas o consórcio decidiu diversificar sua pesquisa, portanto, um projeto de acompanhamento está em andamento. "Os resultados irão fluir para o desenvolvimento de produtos nos próximos anos, "diz Bein, falando com segurança.
