Mobilité électrique : FLB GmbH utilise les machines Z100 et HTM 5020 pour des essais de matériaux flexibles
Case Study
- Client : FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
- Lieu : Siegen, Deutschland
- Secteur d’activité : Automobile, Plastique
- Sujet : Essai et validation de composants structurels pour véhicules électriques à batterie (BEV)
Novembre 2024
La FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH met l’accent sur la caractérisation des matériaux pour des métaux et des plastiques renforcés de fibres afin de développer des cartes de matériaux de simulation pour des calculs de crash. Ces cartes sont validées pour simuler avec précision et améliorer les systèmes de protection anti-encastrement dans les véhicules électriques à batterie (BEV). Pour ce faire, FLB GmbH utilise les machines d’essais haute vitesse et de traction HTM 5020 et Z100 de ZwickRoell.
FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
L’entreprise FLB GmbH est un prestataire de services de développement de premier plan dans le domaine des composants structurels automobiles et est spécialisée dans la création de solutions durables et légères, notamment pour les NEV (véhicules à énergie nouvelle). En tant qu’entreprise issue de l’essaimage de la chaire de construction légère de véhicules de l’université de Siegen, FLB GmbH dispose d’un accès privilégié aux dernières tendances en matière de recherche et de développement. FLB GmbH propose des prestations complètes allant du benchmarking et de la rétro-ingénierie au développement et à l’optimisation avancés de produits grâce à des technologies CAO et FEM de pointe. En plus de la simulation de processus, l’entreprise offre des possibilités d’essai flexibles afin de répondre aux exigences élevées du secteur et de valider efficacement les solutions innovantes.
Les Top Compétences ZwickRoell
- Flexibilité : adaptabilité maximale des machines d’essais avec des possibilités quasiment illimitées pour les géométries d’impacteurs.
- Robustesse : les machines d’essais sont conçues pour une utilisation quotidienne intensive.
- Polyvalence : possibilité de réaliser tous les types d’essais de matériaux, y compris les essais axiaux, la flexion 3 points et d’autres méthodes.
- Compétence : service fiable et rapide de ZwickRoell.
- Fiabilité : traçabilité des résultats d’essai.
La demande
Développement et validation de cartes de matériaux pour des alliages d’aluminium avec différents taux d’allongement
Dans l’industrie automobile, la caractérisation précise des matériaux est d’une importance capitale pour le développement de véhicules sûrs et performants. L’entreprise FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH devait créer des cartes de matériaux pour des alliages d’aluminium couvrant un large éventail de taux d’allongement, c’est-à-dire des conditions quasi-statiques jusqu’à des scénarios de crash hautement dynamiques. Ces cartes de matériaux sont essentielles pour prédire avec précision le comportement de l’aluminium dans différentes situations de charge et contribuent à optimiser en permanence la sécurité et l’efficacité des véhicules.
Les défis particuliers qu’il fallait relever :
- Caractérisation des matériaux à des taux d’allongement élevés : le premier grand défi était d’obtenir des données précises et fiables sur le comportement des alliages d’aluminium à des taux d’allongement élevés. À de telles vitesses, les matériaux se comportent différemment que dans des conditions plus lentes, quasi-statiques. La mesure de données précises dans ce domaine nécessite un équipement spécialisé et des connaissances techniques afin de mesurer de manière adéquate les contraintes rapides et souvent énormes.
- Validation des cartes de matériaux dans les mêmes conditions limites : une autre tâche critique consistait à valider les cartes de matériaux développées par des essais de composants capables de simuler aussi bien des conditions quasi-statiques que des conditions hautement dynamiques. Cette validation doit garantir que les cartes de matériaux fonctionnent de manière cohérente et fiable dans différentes conditions de charge.
Le défi : créer des environnements d’essai capables de reproduire avec précision ces différentes conditions, afin que les cartes de matériaux puissent être testées de manière efficace et validées pour une application pratique.
La solution ZwickRoell
Exigences d’essai complexes résolues avec la Z100 et la HTM 5020
Pour relever ces défis, l’entreprise a mis en œuvre deux machines spécialisées : la AllroundLine Z100 et la machine haute vitesse HTM 5020. Ces machines ont joué un rôle crucial dans la résolution des exigences complexes en matière d’essais.
- Caractérisation quasi-statique des matériaux avec la Z100 : la Z100 a été utilisée en premier lieu pour les essais quasi-statiques. Sa capacité à appliquer avec précision des charges augmentant lentement la rendait idéale pour l’étude détaillée du comportement des matériaux à des vitesses et des charges plus faibles. Ces essais ont été essentiels pour comprendre comment les alliages d’aluminium se comporteraient dans les conditions de fonctionnement quotidiennes.
- Caractérisation hautement dynamique des matériaux avec la HTM 5020 : afin d’étendre les données quasi-statiques sur les matériaux jusqu’au domaine hautement dynamique, d’autres essais de traction ont été réalisés sur la HTM 5020. Cette machine a permis à l’entreprise FLB GmbH de tester le comportement des matériaux sous des charges extrêmement rapides et élevées, telles qu’elles se produisent par exemple lors d’un accident. La HTM 5020 a fourni des données importantes qui sont essentielles pour le développement de cartes de matériaux afin de prédire le comportement du matériau dans des situations critiques où la sécurité est importante.
- Validation quasi-statique et essai d’intrusion : un aspect innovant de la solution a été d’utiliser en supplément la Z100 afin de réaliser un essai d’intrusion sur un système de protection anti-encastrement. Cela se fait de la même manière que les essais hautement dynamiques sur la tour de chute. La tour de chute est un dispositif d’essai distinct qui permet de tester des systèmes de protection anti-encastrement pour les BEV. Le terme « intrusion » désigne donc la pénétration d’un corps étranger / d’un impacteur dans le pack de batteries d’un véhicule. Ce scénario est reproduit ou testé de manière statique avec le Z100, mais aussi de manière dynamique avec la tour de chute. Cela a permis à l’entreprise FLB GmbH de valider les cartes de matériaux dans des conditions identiques pour les deux types d’essais. L’utilisation des mêmes montages d’essai dans la Z100 et sur la tour de chute a permis de générer des données cohérentes et comparables, ce qui a considérablement amélioré la fiabilité et la précision de la caractérisation des matériaux.
Le résultat
Des systèmes de protection anti-encastrement plus légers grâce à des essais précis
En utilisant des systèmes d’essai hautement spécialisés tels que la Z100 et la HTM 5020, FLB GmbH a pu obtenir des résultats exceptionnels, tant en termes de qualité scientifique des données que de rapidité de développement des produits. L’utilisation combinée de ces appareils a permis de caractériser précisément les matériaux sur toute la gamme de vitesses de charge, des vitesses quasi-statiques aux vitesses dynamiques, et de décrire valablement leur comportement au niveau des composants.
Grâce à la base de données générée, FLB GmbH a non seulement pu améliorer de manière significative la précision de sa caractérisation des matériaux, mais aussi accélérer le développement de produits innovants. Un résultat concret de ces processus d’essai et de développement améliorés est le lancement d’un projet de pré-développement de systèmes de protection anti-encastrement jusqu’à 20 % plus légers que les produits de série actuels. Cela représente un progrès significatif dans le domaine de l’allègement et de l’amélioration de l’efficacité, directement dû à l’amélioration des méthodes d’essai.
Les clients de FLB GmbH se sont montrés très satisfaits des progrès réalisés. L’amélioration de la caractérisation des matériaux et du développement des produits leur a permis de mettre en œuvre des composants plus avancés et plus légers, qui améliorent la sécurité et les performances des véhicules tout en contribuant à la réduction du poids total.
« Les machines ZwickRoell fiables et, dans le cas de la Z100, d’une flexibilité maximale, nous permettent de réaliser des essais extrêmement efficaces pour nos clients. La possibilité de reproduire une large gamme de taux d’allongement lors de la caractérisation des matériaux et de présenter simultanément des validations au niveau des composants permet en outre à nos clients et à nous-mêmes d’identifier en permanence de nouveaux potentiels d’allègement. »
Max Bisch, Directeur de FLB GmbH
Machines d’essais ZwickRoell chez FLB GmbH
