E-Mobility: FLB GmbH utiliza a Z100 e HTM 5020 para ensaios de materiais flexíveis
Case Study
- Cliente: FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
- Local: Siegen, Deutschland
- Indústria: Automotiva, plásticos
- Tema: Ensaio e validação de componentes estruturais para veículos elétricos a bateria (BEV)
Novembro de 2024
A FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH foca na caracterização de materiais metálicos e plásticos reforçados com fibra para desenvolver mapas de materiais para simulações de cálculos de impacto. Esses mapas são validados para simular e melhorar com precisão os sistemas de proteção contra colisão em veículos elétricos a bateria (BEVs). A FLB GmbH usa as máquinas de ensaio de alta velocidade e tração ZwickRoell HTM 5020 e Z100 para essa finalidade.
FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH
A FLB GmbH é uma provedora líder de serviços de desenvolvimento na área de componentes estruturais automotivos, especializada na criação de soluções sustentáveis e leves, especialmente para veículos de nova energia. Como um spin-off da Cátedra de Construção de Veículos Leves da Universidade de Siegen, a empresa tem acesso privilegiado às últimas tendências de pesquisa e desenvolvimento. A FLB GmbH oferece serviços abrangentes que vão desde benchmarking e engenharia reversa até desenvolvimento avançado de produtos e otimização usando as mais recentes tecnologias CAD e FEM. Além da simulação de processos, a empresa oferece opções flexíveis de testes para atender às altas demandas do setor e validar com eficiência soluções inovadoras.
As principais competências da ZwickRoell
- Flexível: Máxima adaptabilidade das máquinas de ensaio com possibilidades quase ilimitadas de geometrias de pêndulo.
- Robustas: As máquinas de teste são projetadas para uso diário em condições adversas.
- Versátil: Capacidade de realizar todos os tipos de ensaios de materiais, incluindo ensaios axiais, flexão de 3 pontos e outros métodos.
- Competente: Serviço rápido e confiável da ZwickRoell.
- Confiável: Resultados de ensaios compreensíveis.
A tarefa
Desenvolvimento e validação de mapas de materiais para ligas de alumínio em diferentes taxas de deformação
Para o desenvolvimento de veículos seguros e de alto desempenho, a caracterização precisa dos materiais é de extrema importância na indústria automobilística. A FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau teve o desafio de desenvolver mapas de materiais para ligas de alumínio que abrangessem um amplo espectro de taxas de deformação – desde condições quasistáticas até cenários de impacto altamente dinâmicos. Esses mapas de materiais são fundamentais para prever com precisão o comportamento do alumínio em diferentes situações de carga, contribuindo para a melhoria contínua da segurança e da eficiência dos veículos.
Os desafios específicos incluem:
- Caracterização de materiais em altas taxas de deformação: O primeiro grande desafio foi obter dados precisos e confiáveis sobre o comportamento das ligas de alumínio em altas taxas de deformação. Nessas velocidades, os materiais se comportam de forma diferente em comparação com condições mais lentas e quasistáticas. A medição precisa de dados nesse contexto exige equipamentos especializados e expertise para capturar adequadamente as cargas rápidas e muitas vezes extremas.
- Validação dos mapas de materiais sob as mesmas condições de contorno: Outra tarefa crítica foi a validação dos mapas de materiais desenvolvidos por meio de ensaios de componentes, que pudessem simular tanto condições quasistáticas quanto altamente dinâmicas. Essa validação precisa garantir que os mapas de materiais funcionem de forma consistente e confiável sob diferentes condições de carga.
O desafio nisso: O objetivo é criar ambientes de ensaio que possam reproduzir com precisão essas diferentes condições, de modo que os cartões de material possam ser efetivamente ensaiados e liberados para uso prático.
A solução da ZwickRoell
Resolva requisitos de ensaios complexos com o Z100 e o HTM 5020
Para enfrentar esses desafios, a empresa implementou duas máquinas especializadas: a Allroundline Z100 e a máquina de ensaios de alta velocidade HTM 5020. Essas máquinas tiveram um papel decisivo na solução dos complexos requisitos de ensaio.
- Caracterização quase estática de materiais com a Z100: O Z100 foi usado principalmente para ensaios quase estáticos. Sua capacidade de aplicar com precisão cargas que aumentam lentamente os tornou ideais para a investigação detalhada do comportamento do material em velocidades e cargas mais baixas. Esses ensaios foram cruciais para obter uma compreensão fundamental de como as ligas de alumínio se comportariam em condições operacionais cotidianas.
- Caracterização altamente dinâmica de materiais com o HTM 5020: Para ampliar os dados de material quase estático para a faixa altamente dinâmica, foram realizados outros ensaios de tração no HTM5020. Essa máquina permitiu que a FLB GmbH ensaiasse o comportamento do material sob cargas extremamente rápidas e altas, como as que ocorrem em um acidente de veículo. O HTM 5020 forneceu dados importantes que são essenciais para o desenvolvimento de cartões de materiais a fim de prever o comportamento do material em situações críticas e relevantes para a segurança.
- Validação quase estática e ensaios de intrusão: Um aspecto inovador da solução foi o uso adicional da Z100 para configurar um ensaio de intrusão em um sistema de proteção inferior. Isso é análogo aos ensaios altamente dinâmicos na “Drop tower”. O drop tower é uma instalação de ensaio separada, na qual são ensaiados sistemas de proteção contra o impacto de BEVs - portanto, “intrusão” refere-se à penetração de um objeto estranho/impactador na bateria de um veículo. Esse cenário é reproduzido e ensaiado de forma estática com a Z100 e de forma dinâmica na torre de lançamento. Isso permitiu que a FLB GmbH validasse os cartões de material em condições idênticas para os dois tipos de ensaio. Ao usar as mesmas configurações de ensaio na Z100 e na drop tower, foram gerados dados consistentes e comparáveis, o que melhorou significativamente a confiabilidade e a precisão da caracterização do material.
O resultado
Sistemas de proteção contra o underride mais leves graças a ensaios precisos
A decisão da FLB GmbH de usar sistemas de ensaios altamente especializados, como o Z100 e o HTM 5020, levou a resultados excepcionais, tanto em termos de qualidade de dados científicos quanto de velocidade de desenvolvimento de produtos. O uso combinado desses dispositivos possibilitou a caracterização precisa dos materiais em todo o espectro de velocidades de carga, desde quase estáticas até dinâmicas, e a descrição válida de seu comportamento em nível de componente.
O banco de dados gerado não só permitiu que a FLB GmbH melhorasse significativamente a precisão de sua caracterização de materiais, mas também acelerasse o desenvolvimento de produtos inovadores. Um resultado concreto desses processos aprimorados de ensaio e desenvolvimento foi a iniciação de um projeto de pré-desenvolvimento para sistemas de proteção contra impacto que são até 20% mais leves do que os produtos em série anteriores. Isso representa um avanço significativo na área de construção leve e aumento da eficiência, diretamente atribuído aos métodos de ensaio aprimorados.
Os clientes da FLB GmbH ficaram extremamente satisfeitos com os progressos alcançados. A caracterização aprimorada dos materiais e o desenvolvimento de produtos permitiram a implementação de componentes mais avançados e leves, que aumentam a segurança e o desempenho dos veículos, ao mesmo tempo em que contribuem para a redução do peso total.
"As máquinas ZwickRoell, confiáveis e, no caso do modelo Z100, extremamente flexíveis, nos permitem realizar ensaios altamente eficazes para nossos clientes. Graças à capacidade de cobrir uma ampla gama de taxas de deformação na caracterização de materiais e, ao mesmo tempo, realizar validações no nível de componentes, podemos, junto com nossos clientes, identificar continuamente novos potenciais para a construção leve."
Max Bisch, Diretor Executivo da FLB Gesellschaft für Fahrzeugleichtbau mbH.
ZwickRoell Prüfmaschinen bei der FLB GmbH
