Medžiagų parinkimas automobilių avarijų valdymo sistemoms

TRUMPAI

Medžiagų atranka automobilių avarijų valdymo sistemoms yra svarbi inžinerijos šaka, kurios tikslas – maksimaliai užtikrinti keleivių saugą. Šis procesas prioritetina pažangias medžiagas, daugiausia aukštos stiprybės aliuminio lydinius ir naujai kylančias kompozicines medžiagas, parenkamas dėl jų puikaus stiprumo ir svorio santykio bei išskirtinių kinetinės energijos sugeriamųjų savybių susidūrimo metu. Tokios medžiagos leidžia inžinieriams projektuoti komponentus, kurie deformuojasi prognozuojamu būdu, sugerdami kinetinę energiją, tuo pačiu išlaikant keleivio kabinos struktūrinį vientisumą.

Avarijų valdymo sistemų (AVS) vaidmens supratimas

Automobilio avarijų valdymo sistema (CMS) yra integruota konstrukcinių komponentų rinkinys, sukurtas kinetinei energijai sugerti ir išsklaidyti susidūrus, taip apsaugant automobilio keleivius. Pagrindinė funkcija nėra apsaugoti automobilį nuo pažeidimų, bet kontroliuoti automobilio konstrukcijos deformaciją numatoma tvarka, sumažinant jėgas, perduodamas į keleivių kabiną. Šis kontroliuojamas sugniuždymas yra šiuolaikinės automobilio saugos inžinerijos pagrindinis principas.

Tipiška CMS sudaryta iš keleto pagrindinių komponentų, veikiančių kartu. Išorinis elementas paprastai yra bumperio strypas , stipri, dažnai ekstruduota, tuščiavidurė profiliuota detalė, kuri pirmoji liečiasi ir paskirsto smūgio jėgas per automobilio priekį ar galą. Už bumperio strypo yra smūgio dėžės (dar vadinamos suspaudžiamomis skardomis), kurios sukurtos, kad susigūžtų kaip akordeonas veikiant ašinėms apkrovoms. Šie komponentai yra pagrindiniai energijos sugėrikliai. Galiausiai jėgos perduodamos į automobilio išilgines sijas , kuris nukreipia likusią energiją nuo standžios keleivių saugos narvo ir aplink jį. Kaip išsamiai aprašė Aliuminio profilių taryba , šis apkrovos kelias yra kruopščiai suprojektuotas, kad efektyviai valdytų smūgio jėgas.

CMS veiksmingumas yra būtinas tiek didelės, tiek mažos greičio susidūrimuose. Švelniuose susidūrimuose CMS gali sumažinti konstrukcinį pažeidimą, dėl ko remontas bus paprastesnis ir pigesnis. Taigi tokių sistemų projektavimas ir medžiagų parinkimas reguliuojami griežtais pasauliniais saugos reikalavimais ir vartotojų testavimo protokolais, tokiais kaip Nacionalinės automobilių kelių saugos administracijos (NHTSA) ir Draudimo instituto kelių saugai (IIHS).

Svarbiausios medžiagų savybės smūgiui atlaikyti

Medžiagų, naudojamų avarijų valdymo sistemai, parinkimas yra labai analitinis procesas, kuriam būdingas poreikis subalansuoti kelias varžančias inžinerines savybes. Galutinis tikslas – rasti medžiagas, kurios galėtų sugerti maksimalų energijos kiekį esant minimaliai galimai masei. Šios savybės yra šiuolaikinės automobilių saugos projektavimo pagrindas.

Svarbiausios savybės apima:

• Didelis stiprumo ir masės santykis: Tai turbūt svarbiausia charakteristika. Medžiagos, turinčios didelį stiprumo ir masės santykį, užtikrina būtiną atsparumą smūgio jėgoms, nepadidindamos transporto priemonės masės per daug. Lengvesni automobiliai yra kuro efektyvesni ir gali pasižymėti geresniu valdymu. Aliuminio lydiniai šiuo požiūriu yra puikus pavyzdys, nes sutaupo žymiai daugiau masės lyginant su tradiciniu plienu.
• Energijos sugerties geba: Medžiagos geba sugerti energiją nustatoma pagal jos gebą plastikai deformuotis, nesuskilinant. Susidūrus medžiagos, kurios gali sulūžti, lenktis ir sulankstyti, sugeria kinetinę energiją, lėtina transporto priemonės stabdymąsi ir sumažina G-jėgas keleiviams. Detalių, tokių kaip susidūrimo dėžės, konstrukcija yra specialiai optimizuota, kad šis elgesys būtų maksimalus.
• Plastiškumas ir formuojamumas: Plastiškumas – tai medžiagos gebos patirti reikšmingą plastinę deformaciją prieš nutrūkstant matas. KMS plastiškos medžiagos yra būtinos, nes jos linksta ir susigūžia, o ne sudūžta. Ši savybė glaudžiai siejama su formuojamumu – galimybe lengvai formuoti medžiagą į sudėtingas komponentes, tokias kaip daugiavietės bamperio sijos ar sudėtingi bėgeliai, naudojant procesus, pvz., ekstruziją.
• Atsparumas korozijai: Avarijų valdymo sistemos dažnai yra transporto priemonės vietose, kurios yra veikiamos aplinkos sąlygų. Korozija gali laikui bėgant pabloginti medžiagos konstrukcinį vientisumą, pakenkiant jos veikimui susidūrimo metu. Medžiagos, tokios kaip aliuminis, natūraliai sukuria apsauginį oksido sluoksnį, užtikrindamos puikią atsparumą korozijai ir ilgalaikį tvirtumą bei saugumą.

Pagrindinė medžiaga: Pažangūs aliuminio lydiniai

Jau dešimtmečius pažangūs aliuminio lydiniai yra aukštos kokybės avarijų valdymo sistemų medžiagų pasirinkimas, kurį stipriai palaiko jų unikali savybių kombinacija. Pagal SAE International techninį dokumentą , aliuminio lydinių specifinės charakteristikos leidžia kurti ekonomiškas, lengvas konstrukcijas su puikiu smūginės energijos sugerimo potencialu. Dėl to jie tampa idealūs komponentams, kuriems būtina būti tiek stipriems, tiek lengviems.

Profilinimo procesas ypač svarbus gaminant CMS komponentus. Profilinimas leidžia kurti sudėtingus daugiaviečius profilius, kuriuos galima optimizuoti standumui ir kontroliuojamam deformavimui. Tokia dizaino lankstumas sunkiai pasiekiamas naudojant tradicinį plieno štampavimą. Kaip pramonės lyderis Pabrėžia Hydro , šis nepalygijamas dizaino laisvumas, derinamas su pažangiomis lydinio rūšimis, atveria tiesioginį kelią į aukšto našumo susidūrimo sistemas. Automobilių projektams, reikalaujantiems tokios tikslumo, specializuoti gamintojai yra svarbiausi. Pavyzdžiui, automobilių projektams, kuriems reikalingos tiksliai suprojektuotos detalės, apsvarstykite individualias aliuminio presformas iš patikimo partnerio. Shaoyi Metal Technology siūlo visapusišką vieno stogo paslaugą – nuo greito prototipavimo, kuris pagreitina jūsų patvirtinimo procesą, iki pilno masto gamybos, viskas valdoma griežtos IATF 16949 sertifikuotos kokybės sistemos. Jie specializuojasi stiprių, lengvų ir labai individualizuotų detalių tiekime, pritaikytų tiksliai pagal nurodytas specifikacijas.

Inžinieriai šioms sritims dažniausiai naudoja 6000 serijos (AlMgSi) lydinius. Šie lydiniai yra optimizuoti stiprumui, plastiškumui ir ilgaamžiškumui, tuo pačiu puikiai tinka presavimui bei tolesniems apdorojimo procesams, tokiems kaip lenkimas ir suvirinimas. Smūgiui optimizuotos rūšys sukurtos taip, kad gertų energiją veikiant ašinėms gniuždymo apkrovoms, todėl jos idealiai tinka smūgio dėžėms, o stiprumui optimizuotos rūšys naudojamos bamperio strypams, kuriems reikia efektyviai perduoti jėgas. Galimybė pritaikyti lydinius specifinėms funkcijoms viduje CMS yra svarbus aliuminio naudojimo privalumas.

Atsirandantys pakaitai: kompozitai ir pažangios plieno rūšys

Nors aliuminis iki šiol lieka dominuojančia medžiaga, nuolatinis siekis lengvinti transporto priemones ir gerinti saugos charakteristikas skatina tyrimus alternatyviomis medžiagomis. Pažangūs kompozitai ir naujos kartos plienai yra šios inovacijos pirmoje fronto linijoje, kiekvienas siūlydamas unikalią privalumų ir iššūkių kombinaciją.

Aliuminio metalo matricos kompozitai (MMCs) ir anglies pluošto kompozitai yra svarbus žingsnis į priekį našumo požiūriu. Šie medžiagų tipai gali pasižymėti dar geresniu stiprumo ir svorio santykiu lyginant su aliuminio lydiniais, leidžiant dar labiau sumažinti masę. Pagrindiniai trūkumai iki šiol buvo aukštesnės medžiagų kainos bei sudėtingesni ir ilgesni gamybos procesai. Nepaisant to, jų pranašus našumas daro juos tinkamus brangiems automobiliams ir specifinėms aplikacijoms, kur būtina pasiekti maksimalų svorio mažinimą.

Taip pat stipriai konkuruoja ir aukštos stiprumo plienai (AHSS). Plieno gamintojai sukūrė daugelį AHSS rūšių, kurios užtikrina didžiulį stiprumą, leidžiant naudoti plonesnį skerspjūvį, kad būtų sumažinta masė lyginant su minkštu plienu. Nors dažnai sunkesnis nei atitinkamas aliuminio komponentas, AHSS gali būti ekonomiškai naudingas sprendimas, pasitelkiant jau esamą gamybos infrastruktūrą. Pasirinkimas tarp aliuminio, kompozitinių medžiagų ir AHSS dažnai priklauso nuo sudėtingos inžinerinės kompromisų analizės.

Žemiau pateikta lentelė, santraukiančia šių pagrindinių medžiagų kategorijų savybes.

Atrankos sistema: našumo, sąnaudų ir gamybos galimybių subalansavimas

Galutinė medžiagos atranka automobilių smūgio valdymo sistemai nėra grindžiama vienintele savybe, bet yra daugiakriterio sprendimų priėmimo proceso rezultatas. Inžinieriai turi atlikti sudėtingą pusiausvyrą, įvertindami kompromisus tarp galutinio smūgio našumo, transporto priemonės svorio mažinimo tikslų, gamybos sudėtingumo ir visos sistemos kainos. Šis visapusiškas požiūris užtikrina, kad pasirinktas sprendimas būtų ne tik saugus, bet ir komerciškai gyvybingas.

Sprendimų priėmimo sistema apima kelis svarbius aspektus. Pirmiausia nustatomos našumo kokybės normos, grindžiamos reglamentavimo reikalavimais ir vidiniais saugos tikslais. Inžinieriai tada naudoja sudėtingas inžinerijos kompiuterines priemones (IKP), kad atliktų daugybę susidūrimo modeliavimų. Šie modeliavimai atspindi, kaip skirtingi medžiagų tipai ir konstrukcijos elgsis įvairiose susidūrimo situacijose, leisdami greitai kartoti ir optimizuoti sprendimus dar prieš gaminant bet kokias fizinės detalės. Kaip pastebi Aliuminio profilių taryba, yra būtina, kad IKP inžinieriai turėtų patikimas medžiagų duomenų bazes savo modeliams, siekiant gauti patikimus rezultatus.

Kai modeliavimo metu yra nustatomi perspektyvūs konstrukciniai sprendimai, atliekamas fizinis patvirtinimas. Tai apima komponentų lygio bandymus, pvz., avarijų dėžučių ašinį sutraiškymą, bei viso automobilio susidūrimo bandymus, siekiant patikrinti, ar sistema veikia taip, kaip buvo numatyta. Galiausiai įvertinamos sąnaudos ir gamybos galimybės. Medžiaga gali pasižymėti puikiais rodikliais, tačiau jei jos kaina pernelyg aukšta ar reikia visiškai naujų gamybos įrengimų, ji gali būti neįgyvendinama masinei gamybai. Optimalus pasirinkimas – tai toks, kuris atitinka arba pranoksta visas saugos normas, atsižvelgiant į tam tikros automobilio programos ekonomines ir gamybos sąlygas.

Ateities tendencijos avarijų valdymo medžiagose

Medžiagų parinkimo evoliucija automobilių avarijų valdymo sistemoms yra dinaminis procesas, kurį skatina inovacijos medžiagų moksle ir gamyboje. Pagrindinis iššūkis išlieka tas pats: sukurti tokias sistemas, kurios būtų lengvesnės, tvirtesnės ir ekonomiškesnės, kartu užtikrindamos geresnę apsaugą. Ateityje vis dažniau bus taikomi daugiakomponentiniai konstrukciniai sprendimai, kuriuose aliuminis, pažangios plieno rūšys ir kompozitinės medžiagos naudojamos kartu, kad būtų panaudotos kiekvienos medžiagos geriausios savybės. Toks pritaikytas požiūris leidžia inžinieriams optimizuoti kiekvieną saugos struktūros dalį. Galiausiai siekiama nuolatinio tobulinimo ciklo, kuris padidina saugumą tiek keleiviams, tiek pėstiesiems.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kokios medžiagos naudojamos automobilio lengvatoms?

Automobilių lengvinimas naudoja įvairias medžiagas, kad būtų sumažinta bendra transporto priemonės masė, taip pagerinant kuro našumą ir našumą. Dažnos medžiagos apima aliuminio lydinius kėbulų konstrukcijoms, plokštėms ir avarijų valdymo sistemoms; presuojamą kietinamą plieną ir kitus pažangius aukštos stiprybės plienus; anglies pluošto kompozitus konstrukciniams komponentams ir kėbulo plokštėms aukšto našumo transporto priemonėse; taip pat plastikus nestruktūriniams komponentams, tokiems kaip vidaus plokštės ir bamperiai.

2. Kokios inžinerinės ir konstrukcinės savybės nulemia transporto priemonės saugumą avarijos metu?

Transporto priemonės saugumas susidūrimo metu, arba jos gebėjimas apsaugoti keleivius susidūrus, nustatomas pagal du pagrindinius veiksnius: transporto priemonės konstrukciją ir keleivių laikymo sistemas. Konstrukcija, įskaitant susidūrimo valdymo sistemą ir standžią keleivių saugos kamerą, yra suprojektuota taip, kad sugertų ir nukreiptų smūgio energiją. Keleivių laikymo sistemos, į kurias įeina saugos diržai ir oro pagalvės, skirtos kontroliuoti keleivių stabdymąsi ir sumažinti kontaktą su vidaus paviršiais susidūrimo metu.