Riassunto analitico
Questa ricerca propone un design innovativo per assorbitori d'urto
automobilistici. Secondo tale design, il normale estruso in alluminio a
sezione rettangolare sottile viene lavorato con deformazione a rilievo a
pattern sinusoidali delle superfici laterali. Tali pattern sono definiti
per sovrapposizione di perturbazioni sinusoidali biassiali.
L'introduzione dei pattern di rilievo è studiata in dettaglio in questa
ricerca, con particolare attenzione alla loro influenza sulle
caratteristiche di assorbimento energetico.
Tale influenza è ottenuta mediante controllo della modalità di collasso
e incentivazione di modi deformativi a più densa creazione di cerniere
plastiche.
I risultati di questo studio vedono un significativo incremento delle
prestazioni dell'assorbitore.
Inizialmente sono stati studiati sei diversi pattern base, e sono stati
simulati un totale di 43 modelli mediante il solutore FEM dinamico
esplicito commerciale RADIOSS™.
Scopo di questa prima fase è stato quello di migliorare le proprietà di
assorbimento energetico dell'estruso mediante il controllo del passo di
formazione delle cerniere plastiche di parete, con densificazione delle
stesse.
I pattern a rilievo si mostrano efficaci nel cambiare i modi di collasso
e nel ridurre il passo di piegatura a soffietto.
Sono stati osservati incrementi fino al 42% dell'energia assorbita
rispetto al design di riferimento, e aumenti del fattore di efficienza
da 1.08 a 1.54 kJ/kg (????????? CHECK THE UNITS!!!!!!!!!!!!!!!)
In una seconda fase si sono studiati appropriati inneschi (trigger) per
tali estrusi.
L'innesco ad incavo, comunemente usato in tale tipologia di assorbitori,
è stato testato sui nuovi profilati.
Tale innesco si è però rivelato solo marginalmente efficace nel ridurre
il picco di forza iniziale, e si è evidenziata una scarsa affidabilità
nell'assicurare una progressione stabile del collasso.
È stato quindi proposto un nuovo ed innovativo meccanismo di innesco,
nel quale la lavorazione a rilievo è stata leggermente scalata in
direzione assiale; si sono così ottenute aree estremali maggiormente
inclini a formare il soffietto, e aree centrali ad elevata corsa
deformativa residua.
Tali inneschi progressivi e distribuiti si sono mostrati molto più
efficaci nel controllo del collasso rispetto al singolo incavo
tradizionale.
Gli assorbitori ottimizzati sono quindi stati caratterizzati mediante
simulazioni FEM in una varietà di condizioni operative, per comparare in
modo esauriente design di riferimento e design ottimizzato.
Gli assorbitori sono stati simulati in condizioni in impatto obliquo,
impatto con massa eccentrica, impatto con sollecitazione mista di sforzo
normale e flessione e in flessione pura, al fine di verificarne le
prestazioni. Tali test puntano a simulare condizioni operative meno
idealizzate e più vicine al caso reale.
Infine, i componenti proposti sono stati inseriti all'interno di un
modello di autovettura completa per valutarne le prestazioni secondo le
metodologie standardizzate NCAP.
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Abstract
This research proposes a new automotive box-beam crash absorber design with sinusoidal patterns embedded on the beam surfaces. These patterns are defined by the superposition of multiple sine wave perturbations along both axes of each surface of the box beam. The introduction of these patterns are studied extensively in this research for their effects on the improvement of energy absorption characteristics by altering the collapse mode, forming a denser collapse buckle formation. The results of the proposed design have significantly bettered the crash absorber design.
Initially six different types of surface patterns were proposed and a total of 43 samples were simulated using the commercial pre-processor HyperCrash™ and the commercial explicit FEM solver RADIOSS™. The aim of the study is to improve energy absorption properties of the beams by controlling the wavelength of progressive buckle formations and obtaining denser collapse formations. It was found that the relief patterns could be used effectively to change the buckling modes and reduce the buckle wavelength. A maximum of 42 percent increase in the amount of total energy absorbed and an increase in the energy efficiency factor from 1.08 to 1.54 was observed moving from the reference model to the best design.
At a second stage, the design of appropriate triggers for these sections were studied. The notch type triggers, commonly used in regular box section beams, were tested for patterned beams. They were found to be only marginally successful in reducing an initial force spike and not very consistent in ensuring a stable collapse follow on for patterned beams. A new and novel triggering mechanism was proposed in which the frequency formulation is slightly altered along the length of the beam to make certain zones more vulnerable to bending. These progressive triggers worked more effectively in controlling the buckling.
Subsequently, the optimized beam patterns were put under a variety of FEM simulated situations, to draw a conclusive comparison between a regular beam and patterned beam. The beams were tested for simulated oblique impacts, offset mass impacts, Force-Moment impact and Pure Bending test to note their performance. These tests aimed to simulate real life crash situations.
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