Sostenere l'industria automobilistica con macchine leggere e sicure in caso di incidente

Progettare veicoli leggeri e sicuri in caso di incidente è una delle principali pressioni che l'industria altamente competitiva delle automobili deve affrontare. Le preoccupazioni ambientali e l'opinione pubblica indicano sempre di più la necessità per i costruttori di automob...

Progettare veicoli leggeri e sicuri in caso di incidente è una delle principali pressioni che l'industria altamente competitiva delle automobili deve affrontare. Le preoccupazioni ambientali e l'opinione pubblica indicano sempre di più la necessità per i costruttori di automobili di allontanarsi dai veicoli pesanti assetati di carburante per andare verso modelli più leggeri e che consumano meno.

Il passaggio verso veicoli leggeri e sicuri in caso di incidente è in parte responsabile della crescente popolarità delle automobili ibride sulle strade europee, anche se la necessità di soddisfare la legislazione europea riguardante le emissioni di carbonio, riducendo allo stesso tempo i costi di produzione, ha portato allo sviluppo di una tecnologia di costruzione leggera che rende possibile ridurre il peso del veicolo garantendo un'adeguata sicurezza in caso di incidente.

Questa innovazione, sviluppata da ricercatori che lavorano all'Istituto Fraunhofer per le tecniche dei materiali e le tecniche laser IWS a Dresda, in Germania, mira agli obbiettivi contrastanti della progettazione di un veicolo snello che mantiene allo stesso tempo la sicurezza dei suoi occupanti impiegando un nuovo approccio di "rinforzo laser locale".

Questo metodo prevede l'utilizzo di lamine di acciaio a basso costo e a bassa resistenza con uno spessore ridotto al minimo le quali vengono poi rinforzate localmente nelle aree sottoposte a forti stress. Per riuscirci, gli esperti guidano un raggio laser concentrato sulla superficie della lamina non lavorata che inizia a fondere le aree su cui passa lasciando poi che si solidifichino nuovamente. Il calore si dissipa velocemente nel materiale freddo adiacente, provocando il rapido raffreddamento della traccia che porta a un materiale più resistente.

"Otteniamo resistenze che raggiungono i 1 500 MPa (megapascal). Si tratta di una resistenza più o meno doppia rispetto al materiale di base non rinforzato", ha detto Markus Wagner, uno scienziato dell'IWS. "Questo ci permette di ottimizzare i pesi e le pressioni soprattutto nella progettazione della traversa del paraurti anteriore e posteriore, del montante centrale e di vari rinforzi", ha proseguito.

Finora le carrozzerie dei veicoli erano costituite per lo più da una struttura omogenea di lamine di acciaio con uno spessore costante delle componenti. Le componenti che sono soggette a pressioni locali particolarmente forti sono spesso ingrandite poiché la resistenza della parete dev'essere progettata in modo da sopportare i più alti punti di pressione locali. Ciò significa che lo spessore della lamina è superiore rispetto alle necessità in aree soggette a minore impatto, rendendo così le componenti inutilmente pesanti. Inoltre, i produttori di automobili utilizzano costose lamine di acciaio ad alta resistenza e questo comporta un continuo compromesso tra peso della componente, costo della componente e sicurezza in caso di incidente.

"La sicurezza e una costruzione leggera non devono necessariamente contraddirsi", dice Wagner. Al fine di colmare il divario tra le caratteristiche delle componenti della carrozzeria e le pressioni che agiscono su di esse, l'ingegnere e i suoi colleghi si stanno impegnando per ottenere una maggiore resistenza al danno strutturale causato alle componenti in caso di incidenti, mediante la simulazione di collisioni.

Quanto meno si piega la parte della carrozzeria tanto maggiore è la protezione per il guidatore. A questo proposito, i ricercatori devono determinare la posizione e la geometria ottimali delle tracce di rinforzo. "Con le nostre simulazioni, siamo in grado di modellare i test sul campo. I risultati ottenuti dalle prove e dalle simulazioni si discostano solo di pochi millimetri tra loro", dice Wagner.

Con l'aiuto della simulazione numerica, lo scienziato e il suo team hanno sviluppato un progetto delle tracce ottimizzato per gli incidenti che possono avvenire quando un'automobile si scontra frontalmente con un albero o viene colpita lateralmente da un'altra automobile. Il progetto delle tracce è stato trasferito sulle componenti reali usando un laser. "Siamo riusciti a dimezzare la deviazione di un profilo a tubo rinforzato localmente con il laser, se confrontato alla parte di riferimento, anche se abbiamo rinforzato localmente solo il tre per cento del volume della componente. In altre parole, abbiamo raddoppiato le sue prestazioni in caso di incidente", spiega Wagner.

I ricercatori IWS hanno già applicato la loro tecnologia a vari profili di collisioni e a componenti del sedile usando il loro nuovo progetto specifico per gli impatti per rendere le componenti fino al 20 per cento più leggere senza trascurare la sicurezza in caso di incidente.Per maggiori informazioni, visitare: Fraunhofer http://www.fraunhofer.de/en.html

Paesi

Germania