E-mobilność: Firma FLB GmbH wykorzystuje Z100 i HTM 5020 do badania materiałów elastycznych
Case Study
- Klient: FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
- Miejscowość: Siegen, Deutschland
- Branża: Motoryzacja, Tworzywa sztuczne
- Temat: Badanie i walidacja elementów konstrukcyjnych pojazdów elektrycznych zasilanych bateriami (BEV)
Listopad 2024
Firma FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH zajmuje się charakterystyką materiałów metalowych i tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami w celu opracowywania kart materiałowych do symulacji obliczeń zderzeniowych. Te karty mają na celu dokładne symulowanie i udoskonalanie systemów przeciwnajazdowych w pojazdach elektrycznych zasilanych akumulatorowo (BEV). Firma FLB GmbH wykorzystuje w tym celu maszyny wytrzymałościowe wysokich prędkości i maszyny do wytrzymałości na rozciąganie HTM 5020 i Z100 firmy ZwickRoell.
FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
Firma FLB GmbH jest wiodącym dostawcą usług rozwojowych w dziedzinie elementów konstrukcyjnych dla motoryzacji, specjalizującym się w tworzeniu trwałych, lekkich rozwiązań, w szczególności dla pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii. Jako spółka zależna Katedry Lekkich Konstrukcji Pojazdów Uniwersytetu w Siegen, firma ma uprzywilejowany dostęp do najnowszych trendów w badaniach i rozwoju. Firma FLB GmbH oferuje kompleksowe usługi, począwszy od Benchmarking i Reverse Engineering, aż po zaawansowany rozwój i optymalizację produktów z wykorzystaniem najnowszych technologii CAD i FEM. Oprócz symulacji procesów firma oferuje elastyczne opcje badawcze, które pozwalają sprostać wysokim wymaganiom branży i skutecznie weryfikować innowacyjne rozwiązania.
Najwyższe kompetencje ZwickRoell
- Elastyczna: Maksymalne dopasowanie maszyn wytrzymałościowych z niemal nieograniczonymi możliwościami geometrii elementów uderzających.
- Solidna: Maszyny badawcze są projektowane z myślą o codziennym, trudnym użytkowaniu.
- Wszechstronna: Możliwość wykonywania wszystkich typów badań materiałowych, w tym badań osiowych, 3-punktowego zginania i innych metod.
- Kompetentna: Niezawodny i szybki serwis ZwickRoell.
- Niezawodna: Weryfikowalne wyniki badań.
Zadanie
Opracowanie i walidacja kart materiałowych dla stopów aluminium przy różnych szybkościach wydłużenia
Aby tworzyć bezpieczne i wydajne pojazdy, w przemyśle motoryzacyjnym niezwykle ważna jest precyzyjna charakterystyka materiałów. Firma FLB zajmująca się budową lekkich pojazdów stanęło przed zadaniem stworzenia kart materiałowych dla stopów aluminium, które obejmowałyby szerokie spektrum szybkości odkształceń – od warunków quasi-statycznych po wysoce dynamiczne scenariusze zderzeń. Takie karty materiałowe są kluczowe dla dokładnego przewidywania zachowania aluminium w różnych sytuacjach obciążenia i pomagają w ciągłej optymalizacji bezpieczeństwa i wydajności pojazdu.
Specjalne wyzwania:
- Charakterystyka materiału przy dużych szybkościach wydłużenia: Pierwszym poważnym wyzwaniem było uzyskanie dokładnych i wiarygodnych danych na temat zachowania się stopów aluminium przy dużych szybkościach wydłużenia. Przy takich prędkościach materiały zachowują się inaczej niż w wolniejszych, quasi-statycznych warunkach. Dokładny pomiar danych w tym obszarze wymaga specjalistycznego sprzętu i wiedzy eksperckiej, aby odpowiednio uchwycić szybkie i często ogromne obciążenia.
- Walidacja kart materiałowych przy tych samych warunkach brzegowych: Kolejnym istotnym zadaniem była walidacja opracowanych kart materiałowych poprzez testy komponentów, które mogą symulować zarówno warunki quasi-statyczne, jak i wysoce dynamiczne. Walidacja ta ma na celu zapewnienie, że karty materiałowe działają spójnie i niezawodnie w różnych warunkach obciążenia.
Wyzwanie: Aby stworzyć środowiska badawcze, które będą w stanie dokładnie odtworzyć te różne warunki, tak aby można było skutecznie badać karty materiałów i udostępniać je do praktycznego użytku.
Rozwiązanie firmy ZwickRoell
Rozwiązuj złożone wymagania badawcze za pomocą Z100 i HTM 5020
Aby sprostać tym wyzwaniom, firma wdrożyła dwie specjalistyczne maszyny: AllroundLine Z100 i maszynę wytrzymałościową wysokich prędkości HTM 5020. Maszyny te odegrały kluczową rolę w spełnieniu złożonych wymagań badawczych.
- Quasi-statyczna charakterystyka materiału z Z100: Z100 była używana przede wszystkim do badań quasi-statycznych. Ich zdolność do precyzyjnego zadawania powoli rosnących obciążeń czyni je idealnymi do szczegółowego badania zachowania materiałów przy niższych prędkościach i obciążeniach. Badania te były kluczowe dla uzyskania podstawowej wiedzy na temat zachowania się stopów aluminium w codziennych warunkach eksploatacji.
- Wysoce dynamiczna charakterystyka materiałów przy użyciu HTM 5020: Aby rozszerzyć quasi-statyczne dane materiałowe na zakres wysoce dynamiczny, przeprowadzono dodatkowe badania rozciągania na HTM5020. Dzięki tej maszynie firma FLB GmbH mogła badać zachowanie materiałów pod ekstremalnie szybkimi i dużymi obciążeniami, jakie występują na przykład w czasie wypadku samochodowego. HTM 5020 dostarczyło istotnych danych, które są niezbędne do opracowania kart materiałowych w celu przewidywania zachowania się materiału w sytuacjach krytycznych i istotnych z punktu widzenia bezpieczeństwa.
- Walidacja quasi-statyczna i badania intruzji: Innowacyjnym aspektem rozwiązania było dodatkowe wykorzystanie urządzenia Z100 do przeprowadzenia badania intruzji w systemie zabezpieczenia przeciwnajazdowego. Odbywa się to w sposób analogiczny do bardzo dynamicznych testów na wieży swobodnego spadku. Wieża swobodnego spadku to osobne stanowisko badawcze, w którym testuje się systemy zabezpieczeń przeciwnajazdowych dla pojazdów elektrycznych (BEV) – w związku z tym „intruzja” oznacza przedostanie się ciała obcego/elementu uderzającego do akumulatora pojazdu. Scenariusz ten odtworzono i przetestowano zarówno statycznie na Z100, jak i dynamicznie na wieży swobodnego spadania. Dzięki temu firma FLB GmbH mogła sprawdzić poprawność kart materiałowych w identycznych warunkach dla obu typów badań. Dzięki zastosowaniu tych samych konfiguracji badawczych w Z100 i wieży swobodnego zrzutu wygenerowano spójne i porównywalne dane, co znacząco poprawiło niezawodność i dokładność charakterystyki materiałów.
Wynik
Lżejsze systemy ochrony przeciwnajazdowej dzięki precyzyjnym badaniom
Decyzja firmy FLB GmbH o wykorzystaniu wysoce wyspecjalizowanych systemów badawczych, takich jak Z100 i HTM 5020, przyniosła znakomite rezultaty zarówno pod względem jakości danych naukowych, jak i szybkości rozwoju produktu. Połączone zastosowanie tych urządzeń pozwoliło na precyzyjną charakterystykę materiałów w całym spektrum obciążeń, od quasi-statycznych do dynamicznych, a także na wiarygodny opis ich zachowania na poziomie komponentów.
Dzięki wygenerowanej bazie danych firma FLB GmbH nie tylko mogła znacząco poprawić dokładność charakterystyki swoich materiałów, ale także przyspieszyć rozwój innowacyjnych produktów. Konkretnym rezultatem udoskonalonych procesów badawczych i rozwoju jest zainicjowanie projektu przedrozwojowego, którego celem jest stworzenie systemów zabezpieczenia przeciwnajazdowego, które będą aż o 20 procent lżejsze od produktów z poprzednich serii. Stanowi to znaczący postęp w dziedzinie lekkich konstrukcji i poprawy wydajności, co jest bezpośrednim efektem udoskonalonych procedur badawczych.
Klienci firmy FLB GmbH byli niezwykle zadowoleni z osiągniętego postępu. Udoskonalona charakterystyka materiałów i rozwój produktu pozwoliły na wprowadzenie bardziej zaawansowanych i lżejszych komponentów, które zwiększają bezpieczeństwo i wydajność pojazdu, przyczyniając się jednocześnie do ogólnej redukcji masy.
„Niezawodne i, w przypadku Z100, niezwykle elastyczne maszyny ZwickRoell pozwalają nam przeprowadzać niezwykle efektywne badania dla naszych klientów. Możliwość przedstawienia szerokiego zakresu szybkości wydłużenia podczas charakteryzowania materiałów i jednoczesnego wyświetlania walidacji na poziomie komponentów pozwala również naszym klientom i nam na ciągłą identyfikację nowych możliwości w zakresie lekkich konstrukcji"
Max Bisch, Dyrektor zarządzający FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
Maszyny wytrzymałościowe ZwickRoell w FLB GmbH
