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Altair的輕量化技術為汽車減重!提高汽車性能,降低成本
2020.09.10

2021年豐田Sienna小型貨車。工程師使用輕量化技術來改善性能,同時減輕車輛的重量。 豐田汽車公司

拖著一些多餘的重量嗎?除了使衣服緊身之外,這種狀況還可能帶來一些移動性挑戰,例如能夠輕鬆奔跑,跳躍或彎曲。現在想像一下超重的飛機。

空中巴士A380噴氣客機最初太重,需要輕量化工程來改善其性能適航性。 空中巴士

當空中客車A380飛機無法執行商業飛機的基本任務時,這就是吉姆·斯卡帕(Jim Scapa)和他的科技公司Altair所面臨的挑戰。“我們的飛機太重了,無法升空,”斯卡帕在一次廣泛的網絡採訪中回憶道。

Altair之所以被引入,是因為它已成為名為OptiStruct的技術的使用和商業化的全球領導者,OptiStruct基本上是一種計算機輔助工具,用於設計更堅固但更輕的組件。當Altair使用該技術減輕噴氣機機翼的前緣肋骨時,這架A380終於落地,減輕了其質量的45%。“這對我們來說是一個很大的轉折點,”斯卡帕說。“飛機不僅可以飛行,而且顯然將使用更少的噴氣燃料。” 

Scapa說,正是高強度和輕量化相交的最佳地點,導致每個大型汽車公司都使用OptiStruct,從而幫助汽車製造商提高燃油經濟性,並為電動汽車的單電池充電續駛里程。

科技公司Altair的創始人兼首席執行官Jim Scapa。

“顯然,車輛越輕,移動它所需的能量就越少,”斯卡帕解釋說。“我們非常非常積極地參與創建最輕便,最高效的電動機,最輕便,最高效的容納電池的結構以及最輕便,最高效的整體結構來運送乘客。”

那些獲得了Altair啟蒙獎的人展示了Altair與汽車製造商的一些最引人注目的成果。上個月在汽車研究管理中心簡介會上宣布了最新一輪的獲獎者。 

斯卡帕說,標準相當簡單。他說:“要求以某種方式運用獨特的材料技術或以創新的方式設計您要設計的產品,才能真正做到創新。” “這是對書呆子的獎勵。”

獨立式,兩個乘客的注塑成型後架,沒有用於2021的成型加強件   豐田汽車公司

豐田汽車公司(Toyota Motor Co.)為其2121 Sienna小型貨車的第二排座椅靠背減輕重量的工作是獲獎者之一。具體來說,豐田公司製造了一個獨立的兩人注塑成型後架,沒有模壓增強件,只需一次注射即可將15個部件合併為一個部件。

高級首席工程師托德·穆克(Todd Muck)說,挑戰的一部分是減輕重量,同時又不增加成本或危害安全性。Muck說,與Altair合作,還使用CATIA計算機輔助工程和設計工具,並用樹脂代替鋼,Muck說,所有目標均已實現,質量降低了30%,成本降低了15%。關於安全性,馬克(Muck)在一項測試中說:“我們將其性能提高了一倍。” 

對於2021 Sienna的混合動力版,輕量化也為Toyota提供了重要的選擇。“所有這些減少的重量加在一起,因此可以使用具有2.5升發動機而不是V6的豐田混合動力系統的第二版THS2,我們仍然達到或超過所有的加速,駕駛和牽引性能,” Muck說。“這使我們能夠獲得相同的性能,但顯然需要更少的投資。” 

日產汽車公司在“整車”類別中名列第二,其在輕量化緊湊型汽車2020 Sentra平台方面取得的成就。

2020日產Sentra。工程師使用了幾種方法來減輕汽車的重量,同時保持或改進汽車的質量。  日產汽車公司

擔任Sentra副總工程師的湯姆·馬利(Tom Mally)解釋說,它採取了一系列行動,從結構中減輕了100公斤的重量,並利用節省下來的重量增加了200公斤的性能。 

“當我們能夠減輕車輛的重量並從法規和安全方面實現這些性能,而又不犧牲車輛的性能時……在某些情況下,我們甚至可以通過添加以下部件來提高駕駛穩定性:超高強度鋼,即熱沖壓,我們可以使車身內部結構更堅固,例如改善乘坐和操控性,並為我們的客戶提供更好的車輛,”馬莉在接受網絡採訪時說。 

他指出,使用高強度鋼可以使日產汽車減少Sentra中央支柱的厚度,在減輕重量的同時,達到或優於以前的車型。 

除了使用高強度和超高強度鋼之外,日產還能夠減輕Sentra的重量,同時通過簡化某些組件來提高性能和安全性並降低成本。

“我們的前縱樑和後縱樑的形狀非常複雜,過去通常由許多不同的零件組成,” Mally說。“我們能夠通過組合很多原材料,減少生產過程中的組裝以減少這些原材料的成本,從而減少原材料成本……採用許多較小的零件並將它們集成為較大的零件,這不僅使我們獲得了更多結構平台來工作並增強整體車輛的性能,但也有助於我們降低一些成本。”

ExOne Co.生產的Binder jet 3D打印機。  EXONE CO.

與Altair合作的另一家公司是ExOne XONE -7.2%-粘合劑噴射3D打印的先驅。3D打印也被稱為增材製造,不僅成為創建原型,而且成為實際組件的重要選擇。粘結劑噴射印刷涉及一種工業印刷頭,該印刷頭選擇性地將液體粘合劑沉積在粉末顆粒的薄層上,粉末顆粒可以是金屬,沙子,陶瓷或複合材料。使用數字設計文件中的地圖,逐層重複此過程,直到完成對象。 

在上個月ExOne的第二季度收益電話會議上,首席執行官John F. Hartner表示,該公司正在與汽車製造商合作開發將於2022年推出的車輛和平台,包括EV和混合動力車,並宣布:“這不是短期類型。為我們助一臂之力。” 

輕量化不僅限於組件,還包括LORD Corp.等公司生產的結構膠。在今年實際上舉行的8月電池展覽會上,耶和華的高級應用工程師史蒂夫·韋伯(Steve Webb)透露了汽車行業的輕量化越來越重要,他宣布:“在未來20年中,我們的預測顯示,輕量化材料將使汽車中的輕量化材料的使用量從大約30種增加到20%。 %到車輛總重量的三分之二,或67%。”

對於Altair的Jim Scapa來說,整個過程既實用又優雅。當然,使用先進的技術,可以製造出更新,更輕,更堅固的零件,但是他懷有誠意地補充說:“有時您最終會得到非常漂亮的外形。”

新聞來源:Forbes

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