W przypadku tkanin poduszek gazowych konieczne są badania elementarnych próbek w różnych stanach wytężenia, jedno- i dwuosiowe rozciąganie, oraz przykładowo – stosując metody inżynierii odwrotnej – zidentyfikowanie parametrów modelu numerycznego. Do identyfikacji parametrów modelu materiału, bazując na wynikach badań, bardzo często wykorzystywane są narzędzia do optymalizacji parametrycznej. Rysunek 3 przedstawia badaną próbkę materiału tkaniny wraz z mapą odkształceń. Odkształcenia były mierzone systemem do bezkontaktowego pomiaru pól odkształceń wykorzystującego numeryczną metodę korelacyjną. Rysunek 4 przedstawia porównanie wyników badań eksperymentalnych i  symulacji numerycznej zachowania tkaniny poduszki gazowej. Zawarte w pracy wyniki badań zostały uzyskane w ramach jednego z projektów realizowanych przez firmę Invenco.

Rys. 5  Porównanie wyników eksperymentalnych i symulacyjnych wypływu gazu

Kolejną bardzo ważną właściwością materiału poduszki, którą należy uwzględnić w modelu, jest porowatość jej struktury. Przez „nieszczelną” tkaninę wypływa gaz, kształtując tym samym charakterystykę odpowiedzi poduszki na uderzenie. Zjawisko to jest o tyle skomplikowane, że podlega procesowi dławienia wypływu, zgodnie z prawem St. Venanta-Wantzela, oraz zjawisku blokowania wypływu poprzez oddziaływanie kontaktowe, co powinno zostać odzwierciedlone w modelu. Aby właściwie przewidywać wypływ gazu w analizach numerycznych konieczna jest ich korelacja z badaniami eksperymentalnymi. W tym przypadku również można korzystać z metod inżynierii odwrotnej w celu uzyskania parametrów modelu. Rysunek 5  przedstawia porównanie wyników symulacji numerycznej, w której uwzględniono wypływ gazu przez jej porowatą strukturę, oraz wynik eksperymentu.

Projekt konstrukcji odpornej na zderzenia na przykładzie pojazdu HEX-XT
W tej części artykułu przedstawiono koncepcję strefy zderzeniowej pojazdu HEX-XT, którego projekt wstępny powstaje w firmie Invenco.
Ogólny koncept konstrukcji pojazdu HEX-XT (Rys. 6) pod względem odporności na zderzenia nie różni się znacząco od produkowanych seryjnie samochodów. Konstrukcja składa się ze sztywnej części przedziału pasażerskiego, która nie powinna ulegać deformacji w przypadku zderzenia, oraz przedniej i tylnej strefy kontrolowanego zgniotu.

Rys. 6  Projekt wstępny konstrukcji nośnej pojazdu

Różnice są widoczne w technologii wykonania i koncepcji strukturalnej, dostosowanej do wymogów produkcji niskoseryjnej. Różnice te wynikają również z innych cech funkcjonalnych pojazdu przeznaczonego do zastosowań sportowych, również poza drogami utwardzonymi.

Rys. 7  Deformacje konstrukcji w trakcie zderzenia dla uderzenia w sztywną ścianę z pełnym pokryciem (góra) oraz połową szerokości nadwozia (dół)

Przedział pasażerski jest strukturą typu skorupowego (fr. monocoque) wykonaną z materiałów kompozytowych. Przednia ramownica, pełniąca jednocześnie funkcję strefy absorbującej energię zderzenia, wykonana jest ze stopów aluminium.

Rys. 8  Sekwencja zderzenia ze sztywną ścianą z pełnym pokryciem szerokości nadwozia

Wyniki symulacji zademonstrowano dla dwóch wybranych scenariuszy zderzeniowych, wykonanych w środowisku LS-Dyna. Pierwszy z nich to zderzenie czołowe ze sztywną ścianą przy pokryciu na pełnej szerokości, a drugi scenariusz to zderzenie ze sztywną ścianą przy pokryciu połowy szerokości nadwozia. Prędkości zderzeń zostały ustawione znacząco powyżej typowych prędkości testowych, stosowanych w standardowej ocenie pojazdów do normalnego użytku drogowego.

Rys. 9  Sekwencja zderzenia ze sztywną ścianą z pokryciem połowy szerokości nadwozia

Deformacje konstrukcji oraz sekwencje zderzeń przedstawiono na rysunkach 7-10. Widoczne jest prawidłowe działanie absorberów energii zderzenia, które zachowują globalną stateczność nawet w wymagającym scenariuszu uderzenia offsetowego.

Podsumowanie
W artykule przedstawiono podstawowe elementy procedury projektowania i obliczeń konstrukcji odpornej na zderzenia na przykładzie samochodu sportowego HEX-XT. Przedstawiona w pracy konstrukcja znajduje się w fazie projektu wstępnego i podlega sukcesywnym modyfikacjom. W dalszych krokach zostaną zaprojektowane mechanizmy pochłaniania energii przy zderzeniach bocznych z modelem pojazdu samochodowego oraz sztywnym słupem.

Rys. 10  Mapy ekwiwalentnych odkształceń plastycznych wybranych elementów konstrukcji

Docelowo konstrukcja pojazdu ma spełniać (z nadmiarem) założenia homologacyjne w obszarze europejskim oraz północnoamerykańskim, jak również wybrane testy nieobowiązkowe organizacji takich jak EURONCAP.

Marian Ostrowski, Piotr Bartkowski,
Bartłomiej Błaszczak, Jakub Skomoroko
Invenco sp. z o.o.

artykuł pochodzi z wydania 3 (102) marzec 2016

Czytaj także:

Modelowanie połączenia rury z obejmą z uwzględnieniem obciążenia typu „bolt load”

Polski i ponadczasowy Leopard

Arrinera Polski supersamochód

Friedel, ojciec Mamuta