Elektromobilita: FLB GmbH používá Z100 a HTM 5020 pro flexibilní zkoušky materiálů
Případová studie
- Zákazník: FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
- Místo: Siegen, Deutschland
- Oblast použití: Automobilový a plastikářský průmysl
- Případ: Testování a ověřování konstrukčních prvků pro bateriová elektrická vozidla (BEV)
Listopad 2024
Společnost FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH (lehké strojírenství) se zaměřuje na stanovení charakteristických vlastností kovů a plastů vyztužených vlákny s cílem vypracovat simulační materiálové listy pro výpočty havárií. Tyto datové karty jsou ověřovány za účelem přesné simulace a zdokonalení systémů ochrany proti podjetí v bateriových elektrických vozidlech (BEV). Pro tento účel používá FLB GmbH pro vysokorychlostní a tahové zkoušky stroje ZwickRoell HTM 5020 a Z100.
FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
Společnost FLB GmbH je předním poskytovatelem vývojových služeb v oblasti konstrukčních prvků pro automobilový průmysl, který se specializuje na vytváření udržitelných a lehkých řešení, zejména pro vozidla využívající nové energetické technologie. Jako odštěpný závod Katedry lehkých konstrukcí vozidel na univerzitě v Siegenu má společnost privilegovaný přístup k nejnovějším trendům v oblasti výzkumu a vývoje. FLB GmbH nabízí komplexní služby od srovnávacího testování a zpětného inženýrství až po pokročilý vývoj a optimalizaci výrobků s využitím nejnovějších technologií CAD a FEM. Kromě simulace procesů nabízí společnost flexibilní testovací kapacity, které splňují vysoké požadavky průmyslu a efektivně ověřují inovativní řešení.
Hlavní kompetence společnosti ZwickRoell
- Flexibilita: maximální přizpůsobivost zkušebních strojů a téměř neomezené možnosti geometrie nárazových těles.
- Robustnost: zkušební stroje jsou navrženy pro každodenní používání v náročných podmínkách.
- Všestrannost: možnost provádění všech typů zkoušek včetně axiálních, tříbodovým ohybem a dalších metod.
- Kompetence: spolehlivý a rychlý servis společnosti ZwickRoell.
- Spolehlivost: sledovatelné výsledky zkoušek.
Zadání
Vývoj a validace materiálových listů pro hliníkové slitiny při různých rychlostech deformace
Pro vývoj bezpečných a efektivních vozidel je přesné stanovení charakteristik materiálů v automobilovém průmyslu nesmírně důležité. Společnost FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau stála před úkolem vytvořit materiálové listy pro hliníkové slitiny, které pokrývají širokou škálu deformačních rychlostí – od kvazistatických podmínek až po scénáře vysoce dynamických nárazů. Tyto materiálové listy mají zásadní význam v situacích, kdy potřebujeme předpovědět chování hliníku při různém zatěžování a pomáhají také neustále optimalizovat bezpečnost a efektivitu vozidel.
Specifické výzvy:
- Stanovení vlastností materiálu při vysokých rychlostech deformace: První velkou výzvou bylo získat přesné a spolehlivé údaje o chování hliníkových slitin při vysokých rychlostech deformace. Při těchto rychlostech se totiž materiály chovají jinak než při pomalejších rychlostech, kvazistatických podmínkách. Měření přesných dat v této oblasti vyžaduje specializované vybavení a odborné znalosti. Jen tak je možné zachytit odpovídajícím způsobem rychlé a často i obrovské zatížení.
- Ověření materiálových listů za stejných podmínek: Další výzvou byla validace materiálových listů na základě zkoušek součástí, které mohou simulovat jak kvazistatické, tak vysoce dynamické podmínky. Účelem této validace je zajistit, aby materiálové listy fungovaly konzistentně a spolehlivě při různém zatěžování.
Úkolem je vytvořit takové zkušební prostředí, které dokáže přesně simulovat různé situace. To umožní provádět efektivní zkoušky listů a povolit jejich použití v praxi.
Řešení ZwickRoell
Z100 a HTM 5020 pro komplexní zkušební požadavky
Společnost se rozhodla využít dva specializované stroje: AllroundLine Z100 a vysokorychlostní zkušební stroj HTM 5020. Tyto zkušební systémy dokázaly vyhovět komplexním zkušebním požadavkům.
- Stanovení materiálových charakteristik při kvazistatických zkouškách na stroji Z100: Z100 byl primárně používán pro kvazistatické zkoušení. Umožňuje přesně aplikovat pomalu rostoucí zatížení, a proto je jasnou volbou pro detailní zkoumání chování materiálu při nižších rychlostech a zatíženích. Tyto zkoušky hrály zásadní roli pro získání základních znalostí o tom, jak se budou hliníkové slitiny chovat v každodenních provozních podmínkách.
- Stanovení materiálových charakteristik při dynamických zkouškách na stroji HTM 5020: Pro získání více informací o chování materiálu od kvazistatických zkoušek až do oblasti dynamického testování byl pro další zkoušky tahem použit stroj HTM 5020. Ten umožnil společnosti FLB GmbH testovat chování materiálů při extrémně rychlém a vysokém zatížení, k jakému dochází například při nárazu vozidla. HTM 5020 poskytl důležité údaje, které jsou nezbytné pro vývoj materiálových listů, aby bylo možné předvídat chování materiálu v kritických situacích, kde důležitou roli hraje bezpečnost.
- Kvazistatická validace a zkouška intruze: Inovativním aspektem řešení bylo doplňkové použití stroje Z100 pro zkoušku intruze systému ochrany proti podjetí. Ta se provádí stejným způsobem jako vysoce dynamické zkoušky na padostroji. Padostroj je samostatný zkušební systém, ve kterém se testují systémy ochrany proti podjetí pro bateriová elektrická vozidla (BEV) – „intruze“ tedy znamená vniknutí cizího předmětu/nárazníku do baterie vozidla. Tento scénář je simulován jak na stroji Z100, kde se provádí statické zkoušky, tak na padostroji, kde se provádí dynamické zkoušky. Tento způsob umožnil společnosti FLB GmbH ověřit materiálové listy za stejných podmínek oběma zkušebními metodami. Použitím stejného zkušebního nastavení na stroji Z100 a padostroji společnost získala konzistentní a srovnatelná data, což výrazně zvýšilo spolehlivost a přesnost stanovených charakteristických vlastností materiálu.
Výsledek
Přesnější zkoušky umožňují využití lehčích systémů ochrany proti podjetí
Rozhodnutí společnosti FLB GmbH využít pro provádění zkoušek specializované systémy, jako jsou Z100 a HTM 5020, vedlo k vynikajícím výsledkům, a to jak z hlediska kvality získaných dat, tak z hlediska urychlení vývoje výrobku. Kombinace použití těchto zařízení umožnila přesně stanovit charakteristické vlastnosti materiálů v celém spektru rychlostí zatížení, od kvazistatických až po dynamické, a validně popsat jejich chování na úrovni komponent.
Vytvořená databáze umožnila společnosti FLB GmbH nejen výrazně zlepšit přesnost charakterizace materiálů, ale také urychlit vývoj inovativních produktů. Jedním z konkrétních výsledků těchto zdokonalených testovacích a vývojových procesů je zahájení projektu předvývoje systémů ochrany proti podjetí, které jsou až o 20 % lehčí než předchozí sériové výrobky. To představuje významný pokrok v oblasti lehkých konstrukcí a vyšší efektivity, který přímo souvisí se zdokonaleným zkušebním postupem.
Zákazníci společnosti FLB GmbH byli s dosaženým pokrokem velmi spokojeni. Vylepšená charakterizace materiálů a vývoj produktů jim umožnily implementovat pokročilejší a lehčí komponenty, které zvyšují jak bezpečnost, tak výkonnost vozidel, a navíc přispívají ke snížení celkové hmotnosti.
„Spolehlivé a flexibilní stroje jako Z100 od ZwickRoell nám umožňují provádět pro naše zákazníky mimořádně efektivní zkoušky. Mapovat široký rozsah rychlostí deformace při charakterizaci materiálu a zároveň provádět validace na úrovni komponent nám a našim zákazníkům umožňuje objevovat nový potenciál lehkých konstrukcí.“
Max Bisch, jednatel společnosti FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH