Preocupação com as emissões de dióxido de carbono e reservas mundiais de hidrocarbonetos do combustível significa que há um considerável interesse em tecnologias que reduzem o consumo de combustível para automóveis de passageiros. Na área de design do veículo, o peso corporal é o alvo mais importante para a melhoria, como uma redução no peso do corpo de um veículo significa que um motor menor, mais leve e um trem de unidade e de montagem podem ser usadas. Esta "espiral benigna 'leva a reduções de massa ainda mais, tanto que vários estudos têm indicado um potencial de economia de até 65% usando compósitos de fibra de carbono em vez de aço, sempre que possível. Carros de corrida contra automóveis de passageiros A Aero-Stable Carbono Car programa (ASCC) tem vindo a investigar as limitações para maximizar a economia de combustível em um carro leve fabricados com compósitos de fibra de carbono (CFC). Atual leve veículos composto, tais como carros de corrida, use um design estressados pele monocoque de peso e razões de custo de fabricação. No entanto, para carros de passeio com grandes áreas 'cut-out' para o acesso, a abordagem do uso de um espaço-frame painéis carenagem apoio oferece a oportunidade para uma estrutura mais eficiente em comparação com a abordagem monocoque. Também oferece o potencial para incorporar cargas localizadas, como as do apoios de motor, suspensão e portas, assentos e cintos de segurança, mais facilmente do que com uma seção fina salientou pele abordagem. Fabricação Space Frame-usando um material composto de fibra de carbono Fabricação do espaço-frame materiais compostos de fibra de carbono utilizando fornece uma estrutura muito leve. Mas usar técnicas de fabricação atual, o custo do trabalho para as secções de ligação junto e material de lay-up limita o uso de uma abordagem-quadro para todos os veículos de nicho, mas o mais caro. Processo de fabricação e redução de peso Em resposta a isso, um design inovador e uma abordagem materiais foi concebido e desenvolvido. A abordagem utiliza uma nova forma de têxteis pré-forma, laminado para formar uma peça única estrutura de quadros integrados. Painéis leves são ligados à armação montada após a montagem de sistemas. Esta abordagem resulta em um peso total de cerca de 125 kg, o que compara com cerca de 320 kg para um carro de aço de tamanho semelhante. Colaboradores e Objetivos do Projeto A Cranfield University Centre for Composites Leve, em colaboração com a Lotus Engineering (CAD e fabricação padrão de corpo), Centro de Impacto Cranfield (considerações sobre o impacto), Fibras Tenax (fibra de carbono e conselhos preforming), Vantico (resina epóxi, materiais ferramentas e adesivos) e BT1 Europa (tecidos de fibra de carbono), trabalhou na concepção e desenvolvimento de um corpo leve composto por um manifestante carro médias empresas (Ford Focussized). O objetivo do projeto era para projetar e fabricar uma estrutura de fibra de carbono compósitos para a ASCC de peso mínimo, proporcionando maior rigidez em todos os aspectos do que para os corpos de aço atual. Desenvolvimentos materiais A aplicação de compósitos de carbono ou epoxídicas com uma estrutura leve primária não é nova, mas o processo tem até agora sido utilizados exclusivamente dentro dos esportes prestígio e indústria automóvel de corrida. Um exemplo disso é o Fl McLaren, a estrutura do que é relatado para ter exigido muito mais de mil horas-homem de mão de obra qualificada para moldar os componentes compostos. A transferência de tecnologia aeroespacial compósitos foi mostrado para fornecer estruturas muito eficaz, embora a um custo incomportável para os mercados consumidores. Razões para custos de produção elevados dos Órgãos Car Composite Os custos de produção muito elevada de estruturas leves carro é composto principalmente devido a três fatores: o alto custo das matérias-primas, tanto no uso de tecidos pré-impregnados e do nível de resíduos muito ricos em laminação componentes de formas complexas O custo de trabalho de alta necessárias para fabricar componentes de peso optimizado, que precisam de cuidado draping e alinhamento de camadas muito finas (tipicamente 0,4 milímetros), com a espessura sob medida para atender a distribuição de carga Muito elevados tempos de ciclo para ambos os leigos-up e resinosos, por isso as taxas de produção de baixo de cada conjunto de ferramentas. Fabricação de carrocerias Composite em escala comercial Um processo de fabricação adequados para a produção de maior volume (entre 1.000 e 10.000 unidades por ano) da estrutura primária automotiva exige material de menor custo-prima, uso da automação para aplicação de reforço e de impregnação, menor tempo de ciclo do processo e superfícies moldadas que não necessitam de mão de acabamento. Composite corpos de carro em Situações de Bater Outra questão atual para carrocerias composto é a experiência insuficiente de comportamento impacto diferente para monocoques pequeno carro de corrida. Isto resulta do complexo, a falha não-plástico do material, que é difícil de modelo ou previsão. Qualquer estrutura de um aplicativo automóvel necessita para satisfazer uma série de critérios de desempenho, a saber: Rigidez torcional adequada para a condução de 'regular' Rigidez e resistência suficientes para proteger os ocupantes em caso de uma colisão em baixa velocidade (<30 mph) • Falha progressivo e controlado da estrutura, a fim de reduzir o risco de ferimentos em uma colisão de alta velocidade (> 30 mph). Tipicamente, os dois primeiros destes critérios podem ser facilmente preenchidas por uma estrutura de composto avançado. O terceiro requisito é mais difícil de alcançar, como os materiais tendem a se comportar de uma forma linear-elástica até a falha, que é instantâneo e catastrófico, deixando a força residual mínima. A área de atuação do impacto das estruturas de fibra de carbono leve justifica uma investigação aprofundada, já que compósitos de fibra de carbono pode fornecer níveis excepcionalmente elevados de absorção de energia falhar se as estruturas são projetadas de forma eficaz. Desenvolvimento de Novos Materiais e Processos de Fabricação Como resultado da necessidade de um peso leve, estrutura de baixo custo resistentes ao choque, um material completamente novo e conceito de processo foi concebido e desenvolvido. Um leve de peça única estrutura composta estrutural e simples, leve painéis colados substituir o convencional moldagem e montagem de um complexo em forma de painéis rígidos. Esta abordagem oferece várias vantagens potenciais de produção e desempenho em relação ao método convencional, incluindo: Redução de custos muito substancial de materiais através do uso de plataformas de baixo custo, têxteis e de resina líquida Automação de reforço fabricação de pré-forma, a aplicação de ferramentas de molde e processo de impregnação e, portanto, reduções substanciais nos custos de trabalho de moldagem Rápida e de baixo custo de montagem de trabalho do veículo com equipamentos mínimos Resistência ao choque melhorada. Dificuldades associadas ao processo de Novel No entanto, esta abordagem apresenta alguns desafios tecnológicos de fabricação difícil desde quadros têm geometria complexa ea ligação do composto estruturas primárias é um processo muito trabalhoso. O design do carro de passageiros Composite A abordagem monocoque de ter sido descartado, um design mais eficiente, que não precisa transferir grandes cargas através das juntas do painel, é usar uma estrutura muito rígida em forma de complexos vigas e suportes, cobertas por painéis finos, colados com adesivos de baixa rigidez. Essa abordagem também oferece benefícios em montagem de veículos e montagem, uma vez que os pontos de carregamento e do apego pode ser fornecida sobre o quadro e os painéis podem ser conectados perto do fim do processo para fornecer acesso através de aberturas clara frame. Contudo, a concretização deste conceito de design foi difícil, já que as formas materiais atuais e de processamento de soluções são desenvolvidas para as peles finas e não são adequadas às estruturas quadro. Projeto quadro composto O projeto quadro resultante é composto por um único altamente integrada de moldagem. Isto define a forma externa do compartimento de passageiros. A maioria da força de impacto lateral é fornecido pelo peitoril seções, que são de até 300 milímetros de profundidade. A suspensão dianteira é ligado à estrutura através de um espaço de alumínio parafusado sub-frame, assim protegendo-o de danos durante o baixo nível de colisões. O motor ea suspensão traseira será anexado à estrutura do espaço através de uma antepara traseira e uma estrutura de aço sub. Uso de membros ocos e Espuma-Cored A única abordagem estrutural adequada para este quadro é através do uso de vigas ocas ou espuma-cored conectados por juntas muito duro. Tentativas de engenheiro de fibra de carbono componentes quadro composto, tais como quadros de bicicleta, resultou em custos extremamente elevados de trabalho. Isto resulta de ter que integrar-feixe termina em articulações ou produzir e complexo vínculo elementos de vedação. Para ultrapassar este problema, de modo a permitir que o volume de produção de estruturas quadro complexo, a novos materiais e abordagem de design foi concebido e patenteado posteriormente. O processo patenteado Um feixe convencional composto por um tecido de grande diâmetro trança acondicionamento ou colocando um núcleo de espuma leve é substituído por um conjunto de núcleos de espuma, cada um com uma luva de trançado de fibra de carbono. Esta montagem tipo 'biomimético' é impregnado e colados com uma viscosidade muito baixa, epóxi duas partes duras Há três vantagens de custo de produção que resultam da utilização desta abordagem: 1. Através do uso de matéria-prima contínua aplicada em uma série de tubos cheios de espuma trançado, ao invés de manipulação de grandes pedaços de tecido, a deposição em uma ferramenta de molde tem o potencial de ser automatizado. 2. O uso de uma luva estreita conformable também permite que as juntas a ser formado, tendo a matéria-prima em torno das curvas em seções conectados. 3. Evitar o corte de tecidos em conformidade com formas complexas e junte-se resultados vigas em um nível muito baixo de resíduos de reforço. Isto deve ser da ordem de cerca de 2%, em comparação com um mínimo de 30% para as abordagens convencionais. A determinação de tamanhos Seção Framework Cada seção do quadro foi fabricado a partir de diferentes configurações de mangas tubulares, o número ea sua disposição em torno das articulações determinada pela transferência de carga exigida. Para estabelecer uma compreensão de rigidez articular, um programa detalhado experimental foi realizado para estabelecer o design e os detalhes de fabricação de estruturas de 'T' genérico peça. Os parâmetros do estilo de trança, tamanho reboque, espessura da parede, arranjo de matriz e as condições do processo de impregnação conjunta foram examinados, e estabeleceu a necessidade de fornecer material adicional na superfície de interseção do 'T' localmente engrossar a espessura da parede de superfície. Fabricação painel Abordagens para a Fabricação Panel Para a fabricação de painéis, várias abordagens foram investigadas. Estes incluíram multi-axial Liba tipo de tecidos, usando de alta resistência fibras de carbono tipo de BTI Europa com Vantico resina LY 564 e 2962 HY agente OE cura, SP Systems tecido SPRINT, o filme de resina, espuma sintática e camada de revestimento de tecido um sanduíche de camadas e prepreg Hexcel Composites "pseudo-termoplásticas. O telhado, piso e antepara da retaguarda usar uma estrutura sanduíche composto por uma camada de tecido multi-axial de cada lado de um núcleo de espuma de PVC temperado. Painel de moldagem e Fixação Os painéis são moldados através de um processo de infusão de resina e os painéis de material de prepreg de vácuo convencional cura saco / forno. A exigência de ser capaz de remover todos os painéis, sem danos à estrutura, combinada com uma advertência sobre a preparação de ligação para juntas estruturais, resultou na decisão de usar adesivos dúcteis. Todos os painéis, incluindo o teto chão, e antepara, serão colados com um adesivo de poliuretano semelhantes aos usados na montagem do pára-brisas atual. Força e Resistência Space Frame Bater O projeto deverá estar concluída no final de novembro. O quadro resultante é o espaço deverá ter um peso de 92 kg e uma rigidez torsional associado de cerca de 15,00 ONM / grau. Para a absorção de acidente de energia e redução da taxa de desaceleração acidente, dois sistemas de impacto frontal será utilizado, além de um subframe de alumínio associados a suspensão dianteira, um membro dedicado acidente será anexado a este quadro sub. Conseqüentemente, o quadro de espaço e os ocupantes não deve ser submetido a uma carga de pico crítico. Laterais de segurança acidente impacto é fornecida através de seções muito profundo nas áreas de soleira do quadro. Estes irão deformar progressivamente com o uso de paredes finas arrays tubular, ainda proporcionar rigidez extremamente alta e força para evitar a falha catastrófica durante o acidente. Sumário No carro terminou a frame, painéis e portas terá um peso de cerca de 140 kg, e um peso bruto total de cerca de 570 kg. O projeto também estabeleceu um design inovador e tecnologia de fabricação de fibra de carbono carrocerias composto, espera-se ser viável do ponto de vista de fabricação para produzir até 20 mil carros por ano. A limitação do tempo de ciclo é a impregnação de resina e tempo de cura, os volumes de produção anual para até 50.000 carros por ano, seria possível usando uma matriz de polímeros diferentes e impregnação / tecnologia de cura com um investimento maior de ferramentas. |