Группа экспертов из промышленности и научных кругов во главе с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией разработала прогностические инженерные инструменты для разработки новых, экономичных и легких автомобильных композитов.
Согласно нормам США, средняя экономия топлива для автомобилей должна достигать 54,5 миль на галлон к 2025 году, что составляет почти 60% от нынешних 35,5 миль на галлон. Без каких-либо сомнений потеря веса - это поиск автопроизводителей, стремящихся улучшить топливную экономичность Один из многих способов, и усиленный углеродным волокном пластик - один из самых перспективных легких материалов.
Несмотря на то что они более прочные и легче стали, композиты из углеродного волокна являются относительно дорогими, и поэтому использование материалов еще более насущно. По сравнению с металлами моделирование композитов из углеродного волокна является более сложным, поскольку свойства композитов углеродного волокна зависят от производства Содержание волокна в процессе, распределение длины волокна и ориентация волокон.
Чтобы ускорить развитие новой экономики из композитов с длинным углеродным волокном, команда ведущих экспертов из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории работает над серией инженерных инструментов, включая автопроизводителя Toyota Motor Corp., поставщика деталей первого уровня Meg PlastiComp, Inc., поставщик долговых углеродных волоконных материалов и технологий, Autodesk, ведущий поставщик программного обеспечения для моделирования процессов, и партнеры по исследованиям из Университета штата Иллинойс, Пердью и Вирджиния.
Команда была профинансирована Министерством энергетики США по технологиям в области легких материалов, а разработанные программные средства успешно прогнозировали распределение волокон и распределение длины в сложных термопластичных деталях из углеродного волокна.
Разработка составных деталей требует, чтобы автопроизводители производили и тестировали пресс-формы, детали и компоненты, длительный и кропотливый процесс, который наносит ущерб быстрому развитию новых и более экономичных композитов из углеродного волокна в автомобильной промышленности. Разработанное северо-западной национальной лабораторией программное обеспечение для разработки инженерных решений позволит производителям «увидеть», какие структурные свойства предлагаемого композитного дизайна из углеродного волокна будут выглядеть до формования ». Эти инструменты позволят производителям и автомобильным компонентам Дизайнеры быстрее тестируют и исследуют новые идеи.
Команда использовала программное обеспечение Autodesk Moldflow для прогнозирования ориентации волокон и распределения длины волокон в формованных деталях на основе модели, первоначально разработанной профессором Чарльзом Таккером и его коллегами. С руководством Toyota, PlastiComp и Magna они использовали PlastiComp Материалы, образующие составные части длинных углеродных волокон, и экстрагирующие волокна для тестирования Университетом Пердью и Вирджинией.
Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория затем сравнила прогнозируемую производительность программного обеспечения для моделирования с результатами испытаний сформированного волокна для проверки точности программного обеспечения и модели. Северо-тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория обнаружила, что программный инструмент успешно предсказал распределение длины волокна (точный 100%) и ориентация волокон (точность 88%).
Кроме того, в рамках проекта Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория вместе с Magna и Toyota проанализировала преимущества производительности и затраты на длинные компоненты из углеродного волокна по сравнению со стандартными композитами из стали и стекловолокна. Северо-тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория обнаружила, что Из углеродистой армированной полимерной композитной технологии можно снизить вес системы кузова на 20%, но стоимость изготовления деталей из углеродного волокна может быть в 10 раз выше, чем у стальных деталей. Оптимизация процессов и конструкций с помощью интеллектуальных инструментов может значительно снизить производственные затраты на углеродное волокно Прокладывая путь для более широкого использования в автомобильной промышленности.