Lätt teknik har länge varit och kommer säkert att förbli en grundpelare inom fordons- och rymdteknik, skeppsbyggnad och en mängd andra industrier. Lättare material och komponenter kan också hjälpa till att minska utsläppen som driver klimatförändringarna. Men lättare alternativ är dyrare, och den relativt branta kostnaden har hindrat deras antagande. Det är på väg att förändras tack vare insatserna från ett konsortium av biltillverkare, leverantörer och forskningsinstitut. Kallas ALLIANCE och samordnas av Daimler och Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF, detta projekt har några goda nyheter för designers:Som det visar sig, det är fullt möjligt att bygga komponenter som är upp till 33 procent lättare till en extra kostnad på mindre än tre euro per kilogrambesparing.

Om vi ​​vill hantera klimatförändringar, vi kommer att få stoppa bilarnas skadliga utsläpp. Ett sätt att göra detta är att bygga lättare fordon. Biltillverkare har varit långsamma att gå den vägen eftersom lätta komponenter är dyra. De är helt enkelt för dyra för budgetmodeller. Om lätta konstruktioner ska bli vanliga och utgöra majoriteten av installerade komponenter, ingenjörer måste hitta ett sätt att få ner priserna.

CO ₂ utsläppen minskade med 25 procent

Det är precis vad de många partnerna engagerade sig i EU:s AffordabLe Light -weight Automobiles AlliaNCE-projekt-eller ALLIANCE för kort-bestämde sig för att göra. De lät ut potentialen för besparingar och utvecklade teknik för att ta de mest lovande möjligheterna. Sex stora biltillverkare, sex komponent- och materialleverantörer, och olika forskningsinstitut deltog i detta projekt som samordnades av Daimler och Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF i Darmstadt. "Tillsammans, vi kunde konstatera att kostnadseffektiv lättviktsdesign är genomförbar, "säger professor Thilo Bein, Head of Knowledge Management på Fraunhofer LBF. Som utsedd projektsekreterare, han hade kontakt med partners, spårade resultat, organiserade möten, och liknande. "Vi lyckades göra enskilda komponenter mer än 30 procent lättare, vilket minskar deras andel av koldioxid ₂ utsläpp med 25 procent-med kostnader per komponent ökar bara 2,67 euro per kilogrambesparing i genomsnitt, vilket är acceptabelt för biltillverkare. "Detta projekts huvudpersoner fann att kostnaderna kan bli ännu lägre om CO ₂ och energibalanser räknas in från början.

Design först, gå med sist

Forskarna vid Fraunhofer LBF hjälpte mer än att bara samordna projektet. De tog också med sig sin forskningskunskap i komponenternas design. Ingenjörer måste optimera allt nytt material från bildelarna. De finjusterar dessa komponenters vikt, tjockleken på deras väggar, och deras naturliga frekvenser, som är viktiga för att hantera buller, bland andra parametrar. De använder ofta finite-elementmetoden för detta ändamål. Ta, till exempel, en skärm. Dess designer skulle först skapa en virtuell modell, och dela den sedan i många små enheter för att beräkna och optimera denna del fysiska beteende. Nackdelen med dessa modeller är att de är fruktansvärt komplexa. "Det är därför vi utvecklade en parametrerad modell på Fraunhofer LBF som förenklar detta förfarande enormt, "säger Bein. Dessa experter effektiviserade modellen, minska dess komplexitet men ändå behålla parametrar som vikt, naturlig frekvens eller väggtjocklek. Denna enklare modell tjänar till att optimera parametrar, som sedan transporteras tillbaka till den ursprungliga modellen med begränsade element. "Denna multiparameteroptimering kan användas både i den tidiga konceptuella fasen och senare när man detaljerar designen, "säger Bein. Testar deras metod på en virtuell demonstrationsmodul för en Opel front-end-komponent, forskarna fann att det var en stor hjälp:det gör det möjligt att konstruera komponenter med färre iterativa steg och ger ett bättre sätt att uppnå målparametrar.

Anslutningsmetoder fanns också på ALLIANCE -projektets agenda. Dessa skulle ansluta lätta komponenter på ett säkert och fast sätt. Utvecklingsarbetet identifierade 14 olika lämpliga sammanfogningsprocesser. Fraunhofer -experter tog med sig sin specifika kunskap när det var dags att testa för strukturell hållbarhet. Uppdrag att undersöka hybridföreningsprocesser som kombinerar nitar med limbindningar, de utsatte komponentliknande prover för olika cykliska belastningar för att avgöra hur väl lederna skulle tåla slitage. Fraunhofer LBF -forskare testade också en Toyota -underdel av plast för strukturell hållbarhet. Resultaten av båda testerna var bra.

Detta projekt har gått sin gång, men konsortiet bestämde sig för att förgrena sin forskning, så ett uppföljningsprojekt är på gång. "Resultaten kommer att flöda in i produktutveckling under de närmaste åren, säger Bein, talar med säkerhet.