ES2326803T3 - Procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques de automovil con seccion en i formado a partir de material compuesto termoplastico de estera de vidrio con cargas de minerales. - Google Patents

Procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques de automovil con seccion en i formado a partir de material compuesto termoplastico de estera de vidrio con cargas de minerales. Download PDF

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ES2326803T3 ES04025336T ES04025336T ES2326803T3 ES 2326803 T3 ES2326803 T3 ES 2326803T3 ES 04025336 T ES04025336 T ES 04025336T ES 04025336 T ES04025336 T ES 04025336T ES 2326803 T3 ES2326803 T3 ES 2326803T3
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Abstract

Un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques termoplástico reforzado con fibras en forma de viga para vehículos automóviles que tienen cargas minerales, comprendiendo el parachoques: una parte frontal que es una brida frontal sustancialmente plana (18), una parte trasera que es una brida trasera sustancialmente plana (20), al menos un travesaño, en el que dicho al menos un travesaño es un alma sustancialmente plana (14) que tiene un primer borde y un segundo borde opuesto, estando dicha alma (14) orientada en perpendicular a dicha brida frontal (18), de manera que dicho primer borde de dicha alma (14) esté conectado a dicha brida frontal (18) a lo largo de la línea mediana de la superficie plana de dicha brida frontal (18), y en el cual dicha parte trasera es una brida trasera (20) sustancialmente plana orientada en paralelo a dicha brida delantera (18), de manera que dicho segundo borde de dicha alma (14) esté conectado a lo largo de la línea mediana de la superficie plana de dicha brida trasera (20), comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas: - determinar las dimensiones de aproximadamente 20 secciones de viga respecto de las variables: espesor de la brida delantera, longitud del alma, espesor del alma, espesor de la brida trasera, - con lo cual las secciones son modeladas a partir de una línea central (42) del parachoques hasta un soporte de larguero (44), y las dimensiones de las secciones varían uniformemente de la línea mediana (42) hacia el soporte de larguero (44); y - moldear dicha parte frontal, dicha parte trasera y dicho al menos un travesaño a partir de un material termoplástico reforzado con fibras que contiene cargas minerales.

Description

Procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques de automóvil con sección en I formado a partir de material compuesto termoplástico de estera de vidrio con cargas de minerales.
Campo de la invención
La invención se refiere, en general, a parachoques para automóviles y, más específicamente, a un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques con sección en I que tiene una prestación de impacto mejorada y formado a partir de materiales compuestos termoplásticos de estera de vidrio con cargas minerales.
Antecedentes de la invención
Por su naturaleza, los parachoques de automóvil deben poder resistir un impacto considerable. Los parachoques metálicos o reforzados con metal han sido hasta ahora la única alternativa práctica para los fabricantes de coches a causa de la resistencia y la durabilidad asociadas a los componentes metálicos. Desdichadamente, los componentes de parachoques metálicos son caros de producir, y añaden un peso considerable a los automóviles, reduciendo el rendimiento del combustible.
Los fabricantes de coches y los fabricantes de piezas para automóviles han experimentado un gran desarrollo, buscando un sustituto más barato y más ligero para los pesados parachoques metálicos tradicionales. Aunque se han hechos progresos apreciables, los parachoques de plástico siguen teniendo una relación de resistencia-peso que es inaceptable para la industria del automóvil. Hay dos aspectos respectos de los inconvenientes de los parachoques de plástico. En primer lugar, la industria del automóvil ha sido incapaz de desarrollar un material plástico que sea económicamente viable con una resistencia a la tracción y una resistencia al impacto aceptable para el uso de parachoques. En segundo lugar, la industria del automóvil ha sido incapaz de desarrollar una disposición de chasis plástico capaz de resistir los impactos que se producen típicamente en los accidentes automovilísticos.
Actualmente, los materiales plásticos más populares para las piezas para automóviles y los parachoques son materiales termoplásticos de estera de vidrio. Los materiales compuestos termoplásticos con estera de vidrio (GMT) son una familia de materiales reforzados con fibra de vidrio, moldeables por compresión con matrices termoplásticas cuyas propiedades mecánicas son generalmente superiores a las de los materiales compuestos termoplásticos moldeados por inyección estándar. Los GMT están disponibles en los siguientes tipos de tejidos de vidrio: productos de estera de vidrio orientados aleatoriamente, de hebra continua que proporcionan un buen equilibrio de rigidez y resistencia en los tres ejes; los tejidos de fibra de vidrio que añaden rigidez y resistencia direccional en un único eje; y tejidos de fibra de vidrio cortadas, largas que proporcionan propiedades de flujo mejoradas y mejoras en la gestión de la energía con una mínima reducción de la rigidez.
Los diferentes tejidos de vidrio se combinan con una resina termoplástica, usualmente polipropileno, (aunque también se ofrecen otras resinas de ingeniería a mayores temperaturas) para formar un producto moldeable. Los productos GMT se suministran en hoja o en forma de preforma a los procesadores que conforman los materiales por moldeado por compresión o termoestampado.
Hasta recientemente, los parachoques de plástico se habían fabricado tradicionalmente con disposiciones de chasis que tienen una sección transversal en forma de "C" o de "W"; La "C" o la "W" se usa para describir la forma de los travesaños que conectan las paredes de parachoques de plástico delantera y trasera. Estas configuraciones se eligieron a causa de las características favorables de absorción de energía, especialmente cuando el parachoques impactaba con un componente vertical de fuerza. El diseño de parachoques de plástico con sección en I ha evolucionado a lo largo de los últimos 10 años. Los parachoques de plástico reforzado han proporcionado un rendimiento adecuado y una reducción notable de peso pero penalizando el coste. En 1992, la publicación Plastic News recogía que "Un nuevo concepto de diseño de parachoques - la viga en I, ofrece el potencial para hacer vigas de parachoques de plástico incluso más ligeras y a un precio competitivo con parachoques de acero hasta volúmenes que sobrepasaban los 100.000 al año".
La patente de los Estados Unidos nº 5.269.574, de Bhutani y col. revela un parachoques con una forma de viga en I construida en una resina termoplástica reforzado con fibra o resina de refuerzo termocurada. La fibra que refuerza el material termoplástico se selecciona entre un grupo de fibras de acero inoxidable, fibras de vidrio aluminadas, fibras celulósicas o fibras de vidrio. Desdichadamente, la implementación del diseño revelado por Bhutani y col. presenta problemas de moldeado que son inconsistentes con la razón económica en la industria del automóvil.. Por ejemplo, la estructura de sección en I de Bhutani y col. que tiene secciones ranuradas falla a la hora de formarse adecuadamente durante el moldeado. Un análisis por rayos X muestra que solamente entre el 50 y el 80% de las fibras usadas en el moldeo del parachoques de Bhutani y col. fluyen dentro de los nervios. Las consideraciones económicas requieren que los puntales de montaje sean solidarios a la estructura.
El documento US 4.482.180 describe una disposición de parachoques para un automóvil, la disposición de parachoques que incluye un soporte de resistencia a la flexión que tiene una forma en I. Un lado frontal del soporte alberga un absorbedor de energía rodeado por una envoltura hecha de un material viscoso.
El documento 4.749.613 describe una viga de parachoques formada por una resina termoplástica reforzada con fibra compuesta, que comprende láminas cada una compuesta por fibras de refuerzo dispuestas en una dirección y tejidos de fibra y una resina termoplástica incorporada a las láminas por impregnación.
Sumario de la invención
La invención es un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques con sección en I formado a partir de un material termoplástico reforzado con fibra en el cual las adiciones de fibra consisten en un estera de vidrio cortado largo con la adición de cargas minerales tales como mica, talco o arcilla. El uso de cargas minerales permite la sustitución de fibras más costosas. El material termoplástico reforzado tiene características de flujo favorables que permiten que el material llene sustancialmente nervios profundos y estructuras de puntales de montaje usadas en parachoques de sección en I durante el moldeado por compresión, mientras mejora el módulo o rigidez de cara transversal de una parte acabada. Por primera vez, las características de flujo mejoradas durante el moldeo permiten que el material fluya regularmente dentro de pequeños nervios, protuberancias y otras características. Esto hace que sea posible incrementar la integración de piezas, tirantes de lápiz de moldeo, soportes de tablero, agujero de montaje y puntales de montaje. La primera superficie está cubierta por un absorbedor de energía de conformación hecho de espuma plástica. Además, el absorbedor sirve para montar un tablero estético. El resultado es un parachoques de coste reducido y peso reducido con una resistencia al impacto mejorada. El parachoques diseñado y fabricado por el procedimiento de la invención es económico, ligero y muestra un rendimiento superior en comparación con los parachoques basados en acero en seguridad y resistencia a la deformación tras un impacto.
Objeto de la invención
El objeto principal de la invención es proporcionar un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques con sección en I para automóviles que se forma a partir de material plástico.
Otro objeto más particular de la invención es proporcionar un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques de GMT para automóviles que satisface todos los requisitos relevantes para la integridad estructural en ensayos de impacto estandarizados, aunque se reduce considerablemente el coste de fabricación y el peso de las piezas.
Otro objeto de la invención es proporcionar un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques GMT para automóviles que tiene características favorables de flujo durante el moldeo por compresión del parachoques.
Breve descripción de los dibujos
Los objetos anteriores y otros objetos se harán más evidentes refiriéndose a la siguiente descripción detallada y los dibujos anexos, en los cuales:
La figura 1 es una vista superior de la parte de viga den I de un parachoques.
La figura 2 es una sección transversal de la parte de viga en I de un parachoques.
La figura 3 es una vista superior de la parte reforzada de viga en I de un parachoques que muestra nervios de refuerzo para rigidización por torsión.
La figura 4 es una vista en sección transversal de la parte de viga en I reforzada de un parachoques.
La figura 5 es una vista en perspectiva de un parachoques de viga en I que muestra consolas a las cuales se puede montar el parachoques.
La figura 6 es un diagrama de flujo de un procedimiento para formar un parachoques.
La figura 7 muestra las secciones de viga cuyas dimensiones se determinan usando el protocolo CAE de la invención.
La figura 8 muestra un modelo de geometría de plano mediano determinado usando el protocolo CAE de la invención.
La figura 9 ilustra un perfil de espesor para un diseño específico que usa el protocolo CAE de la invención.
Descripción de realización detallada
Los materiales compuestos termoplásticos de estera de vidrio (GMT) son una familia de materiales reforzados con fibra de vidrio moldeables por compresión con matrices termoplásticas cuyas propiedades mecánicas son generalmente superiores a las de los materiales compuestos termoplásticos moldeados por inyección.
Un parachoques fabricado por un procedimiento según la presente invención utiliza GMT cargado de minerales como material base para formar un parachoques con sección en I. Los productos GMT de vidrio cortados largos proporcionan una reducción considerable del peso respecto de los productos de estera de vidrio orientados aleatoriamente, de hebra continua, tejidos de fibra de vidrio largos unidireccionales y tejidos de fibra de vidrio alargadas largos a la vez que incrementan la rigidez. Aunque la mayoría de las vigas con sección en C y W se pueden formar con cualquiera de las opciones de material de estera de vidrio, el flujo superior requerido para cargar los nervios en diseños de sección en I reforzados ha solicitado en el pasado el uso de fibra cortada corta o vidrio corto y productos minerales solos. Tales productos de tejido de fibras cortadas son también menos costosos que sus homólogos de hebra continua. Como con todos los productos GMT moldeados por compresión, tales productos se pueden combinar con otros productos de tejido GMT en el molde para resolver todas las necesidades de un diseño dado.
Sorprendentemente, el material de fibra cortada larga usado según la presente invención, ofrece características de flujo excepcionales que incluyen la capacidad de fluir dentro de nervios relativamente pequeños, protuberancias y otras características. Otros ensayos han mostrado la capacidad que tiene este material para proporcionar una distribución uniforme de la fibra incluso en espesor de pared inferior a 2 mm. Estas propiedades hacen que sea posible incrementar la integración de piezas, incluyendo el uso de puntales de montaje, tirantes de lápiz, soportes de tablero y similares. La sección en I mencionada en mayor detalle en la presente memoria puede incluir puntales de montaje solidarios.
La estructura de parachoques con sección en I con sus secciones ranuradas funciona mejor cuando una distribución homogénea de la mezcla de vidrio/resina fluye dentro de los nervios profundos. El parachoques usa preferiblemente GMT estructural cortado largo para un flujo mejorado de las fibras de vidrio dentro de todas las áreas del molde. Esto permite que el diseño del nervio de viga en I alcance su pleno potencial distribuyendo las fuerzas por toda la estructura de viga. El uso de GMT estructural cortado largo muestra la mejora respecto de las formulaciones de GMT con tejidos de vidrio aleatorios o unidireccionales, las formulaciones de GMT con tejidos de vidrio aleatorios o unidireccionales demostraron un rendimiento marginal en la producción de viga en I donde el análisis por rayos X mostró que solamente entre el 50 y el 80% de las fibras de vidrio fluían dentro de los nervios.
Por el contrario, al usar solamente fibras de vidrio, la formulación de GMT de vidrio largo que incluye la sustitución de cargas minerales, tales como mica, talco o arcilla, mejora el módulo a la vez que reduce el coste. Las cargas minerales se puede seleccionar también a partir del grupo constituido por caolín, carbonato cálcico, TiO_{2}, sílice pirógena, fibra de plástico y esferas, carbonato cálcico, harina de madera, fibra celulósica, cascarilla de arroz y envoltura de nueces. La dimensión de partícula de las cargas también mejora la capacidad de los refuerzos para cargar la parte de nervio profundo de la viga en I.
El uso de GMT estructural cortado largo permite que el material de estera de vidrio en el material compuesto termoplástico fluya dentro de los nervios de una estructura de viga en I más eficazmente, permitiendo la distribución de las fuerzas de impacto por todo el parachoques. El uso de cargas minerales en el material compuesto termoplástico, aunque reduce el contenido de fibra de vidrio, mantiene altas las propiedades de tensión y de flexión del parachoques, a la par que lleva a cabo un ahorro de costes razonable. Aunque la densidad del material compuesto se eleva lentamente, la caída en el coste de producción compensa el aumento de peso.
Sorprendentemente, el rendimiento de impacto de los productos GMT con cargas minerales es considerablemente superior al de los productos GMT similares sin carga. Los parachoques con sección en I o viga en I de GMT estructural cortado largo con cargas minerales muestran una resistencia mejorada respecto de los parachoques convencionales incluyendo la resistencia de fuerza mejorada, la intrusión minimizada, y una menor probabilidad de fallo tras un gran impacto de fuerza.
La figura 1 es una vista superior de la parte de viga en I (10) de un parachoques. La viga en I (10) incluye una brida frontal (18) y una brida trasera (20) que se conecta mediante un alma (14). La viga en I (10) tiene éxito porque el material se retira de manera a conservar la capacidad portadora de carga pero se reduce dramáticamente el peso. Los momentos de inercia en las dos principales direcciones pueden tener una relación tan alta como 15:1. La figura 2 es una sección transversal de la parte de viga en I (10) de un parachoques. Cuando la estructura (10) de viga en I se usa como parachoques de un automóvil, la carga se puede dirigir dentro de la brida frontal (18) en una parte central (16) o una parte terminal (12). Un impacto barrera puede ser considerado un impacto centrado.
El ancho y el espesor efectivos de la brida frontal (18) y la brida trasera (20) y del alma (14) se determinan basados en el vehículo al cual se fijará el parachoques y las normas de seguridad impuestas por agencias gubernamentales y privadas. Según la presente invención se diseña un parachoques usando ingeniería asistida por ordenador, describiéndose dicho procedimiento más adelante.
La figura 3 es una vista superior de una parte (30) de viga en I reforzada de un parachoques que muestra nervios de refuerzo para rigidización de torsión. La figura 4 es una vista en sección transversal de una parte (30) de viga en I reforzada de un parachoques. Estos rigidizadores (32) distribuyen la carga de impacto cuando el parachoques es impactado de manera no central. Los rigidizadores son un requisito si se requiere que el parachoques apruebe los mandatos federales y de seguros.
En referencia a la figura 5, la figura 5 es una vista en perspectiva de un parachoques (91) de sección en I que muestra consolas a las cuales se puede montar el parachoques. Se muestra un conjunto de parachoques (90) en perspectiva. El equipo de recepción del automóvil consiste en receptores (98) de sección transversal en forma de caja. Los puntales (94) de montaje solidarios se moldean dentro de la sección en I (91), eliminándose la fijación del equipo con este fin en una operación secundaria. Los nervios de rigidización de torsión (96) proporcionan la rigidez necesaria para impactos no centrales. Un absorbedor de energía (92), tal como un absorbedor de energía de espuma de polipropileno expandido 45-g/l, se muestra fuerza de contacto con la viga en I (91) por motivos de claridad.
La figura 6 es un diagrama de flujo de un procedimiento para formar un parachoques. La fabricación de los parachoques con sección en I que usan los materiales anteriormente descritos procede como sigue y se muestra en la figura 6. Las preformas de GMT precortadas se fabrican 50 conforme a un volumen deseado de la viga en I. Las preformas se introducen en un horno transportador (52) que está próximo de y en línea con una prensa. Las preformas se pueden cargar dentro del horno por técnicas de carga manuales o automáticas. El tiempo de permanencia y las temperaturas del horno se secuencian en la prensa de moldeo por compresión para garantizar temperatura apropiadas de precalentamiento y la operación continua de la prensa. Las preformas precalentadas se calentarán típicamente a aproximadamente 225 EC, dependiendo de la composición específica de las preformas. La cavidad del molde se carga (54) entonces con las preformas. El molde se enfría con agua. Con los materiales usados, las preformas se pueden laminar en forma de rollos para facilitar la carga en prensa continua minimizando así la intervención del operador y dando como resultado una uniformidad superior del producto final. El molde se cierra y la presión se incrementa con un tiempo de prensado de 30 a 60 segundos. A continuación la presente preforma se enfría y se acaba (58).
Con los materiales y el diseño utilizados, el material compuesto fluye mucho mejor dentro de todas las áreas del molde. En consecuencia, se minimizan las operaciones de acabado costosas. El parachoques puede ser esencialmente una pieza monolítica sin el montaje de puntales u otro equipo. Las operaciones de ensamblaje y acabado de vigas de sección en I (tal como perforación, desbarbado) se pueden combinar en una operación secundaria. El resultado de este procedimiento de fabricación es un subconjunto completo con absorbedor de energía y equipo de montaje que está listo para su instalación en el vehículo. Esto da como resultado un coste más ventajoso respecto de los materiales y diseños anteriores. El parachoques producido se transporta 56 entonces al ensamblado del vehículo.
El parachoques proporciona estabilidad dimensional. La combinación altamente estable del diseño de viga de sección en I junto con el material GMT de fibra de vidrio cortado permite satisfacer tolerancias estrictas. A continuación se listan alguno ejemplos de tolerancias registradas con las vigas de sección en I de producción.
-
Tolerancia transversal entre agujeros de montaje \pm 1,0 mm
-
tolerancia de perfil \pm 1,5 mm
-
tolerancia de espesor \pm 1,5 mm
Las vigas de parachoques se ensayaron usando un una prueba de péndulo de parachoques. Se usaron dos configuraciones de ensayo, FMVSS Barrera y Poste. Los datos se acumularon para las 4 vigas cada una de 6 materiales diferentes.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 1 Datos del Probador de Péndulo de Laboratorio Interno
1
Todos los productos ensayados produjeron buenos resultados en las cargas de Barrera, sin rotura de viga. Los materiales GMT (A y B) fueron productos estándar comercialmente disponibles en dos fabricantes diferentes. Su prestación fue aceptable y se uso como grupo "control" para análisis experimentales. Formulaciones mejoradas, se ensayaron el 40% de los productos GMT LF, pero solamente mostraron mejoras marginales respecto de los grupos "control". El 45-46% de los experimentos de GMT de carga mineral demostraron las mayores cargas de pico de barrera y de Poste y la menor intrusión. Solamente las formulaciones de GMT con carga mineral produjeron una viga que tenía pequeñas roturas o ninguna rotura en la prueba de Poste. La combinación de fibra de vidrio larga y pequeñas partículas de mineral de tipo plano fluyen dentro de todas las áreas de las vigas de parachoques de sección en I. Esta composición homogénea puede optimizar la resistencia del diseño altamente ranurado, lo cual permite que los nervios canalicen la energía de impacto más eficazmente a través de toda la estructura de viga.
El procedimiento de diseño y fabricación según la invención procede a lo largo de tres etapas de ingeniería asistida por ordenador (CAE) y termina con la fabricación de utillaje prototípico y piezas para ensayo físico. El procedimiento CAE incluye simulación por ordenador de la respuesta a la Norma federal 581 de Seguridad de los vehículos a motor y el Instituto de Seguros para los requisitos de impacto de Poste Trasero 8.0 kph de Seguridad en Carretera. Los resultados de simulación se correlacionan bien con el ensayo físico mencionado en el Ejemplo A anterior.
Con referencia a la figura 7, la figura 7 muestra las secciones de viga, determinándose sus dimensiones usando el protocolo CAE de la invención. La primera fase del proceso CAE es introducir los parámetros conocidos del diseño, tales como las dimensiones del vehículo, el peso, etc. El punto de partida es una representación informática de veinte segmentos (40) de viga en I. Las secciones se modelan desde la línea central del parachoques (42) al soporte de larguero (44). Las dimensiones de las secciones varían uniformemente desde la línea central al soporte de larguero (44).
Se optimizan cuatro variables contra el criterio de impacto de barrera: el espesor de brida central, la longitud de alma, el espesor de alma y el espesor de brida trasera. Cada variable tiene un valor diferente en cada sección. Las figuras 8 y 9 ilustran la salida de esta fase del proceso CAE. La figura 8 muestra el modelo de geometría de plano mediano determinado usando el protocolo CAE de la invención y muestra una representación de chasis de hilo de las líneas centrales cada sección. Cada sección es única ya que las líneas centrales dependen de las cuatro variables. La figura 9 ilustra un perfil de espesor para un diseño específico usando el protocolo CAE de la invención. La figura 9 muestra una solución para un automóvil particular. En forma tabular:
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2
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Los datos iniciales para la estructura incluyen el gobierno federal y las normas de ensayo del instituto de Seguros la masa del vehículo, el huelgo entre los soportes de parachoques (huelgo de larguero), el espacio de paquete, la carrera de sistema deseada y otra información pertinente. Se puede incorporar también una prestación para la suspensión de vehículo en el proceso CAE. Las propiedades mecánicas del material absorbedor de energía son conocidas, la profundidad y la masa del absorbedor de energía de espuma de polipropileno expandido 45-g/l (EA) (92) son salidas del proceso CAE. La fase de diseño inicial dirige los impactos de barrera al parachoques. El programa usa una regla heurística para determinar la forma del parachoques en un espacio tridimensional. El primer parámetro a determinar es la energía implicada en un impacto de parachoques y como se disipa la energía. La energía global generada se representa mediante:
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100
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en la que
E es la energía (en julios)
m es la masa (en kilogramos)
v es la velocidad (en metros por segundo)
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Las unidades dadas asumen que se usan unidades del SI.
En un impacto de barrera, se requiere que la viga en I y el EA absorban la mayor parte de la energía. La viga y el EA absorben el 85% de la energía, siendo el resto de la energía disipada por el chasis del vehículo. Puesto que la energía es igual al área sometida a fuerza contra la curva de deflexión, se puede usar la energía para determinar la carga sobre el parachoques y el EA. La carga se puede usar entonces para determinar la deflexión correspondiente del parachoques y el EA.
\newpage
Para cualquier parachoques con un plano de simetría longitudinal y sometido a un momento de flexión M en algún travesaño, la tensión normal que actúa sobre una fibra longitudinal a una distancia Y desde el eje neutro de la viga es:
101
en la que \sigma es la tensión (Newtons por metro^{2})
M es el momento de flexión (Newtons-metros)
Y es la distancia desde el eje neutro (metros), y
I es el momento de inercia de la sección transversal del elemento (metros^{4}).
\vskip1.000000\baselineskip
En las fibras exteriores de la viga, el valor de la coordenada Y se indica mediante c y las tensiones normales máximas son:
102
La tensión de flexión máxima se representa definiendo la variable Z (metros^{3}).
103
En veinte secciones sobre el centro del parachoques respecto de un soporte de parachoques, puede variar uniformemente las dimensiones de bridas delantera y trasera, la dimensión de alma y el espesor de alma. El procedimiento heurístico compara el valor mínimo de Z necesario para satisfacer las condiciones con el valor calculado.
Los parámetros de diseño se repiten hasta que cada sección sea conforme al criterio del impacto de barrera. La salida consiste en los datos de perfil de espesor para las bridas frontal y trasera y el alma así como la profundidad de alma.
La geometría de plano mediano y los perfiles de espesor se descargan en un Programa Análisis de Elementos Finitos (FEA) como coediciones iniciales. Puesto que estas condiciones iniciales están cercanas a una solución, el programa FEA intensivo de cálculo tiene muy pocas iteraciones y funciona rápidamente y de manera económica. Usando la herramienta CAE, se pueden incorporar las propiedades de torsión del diseño que conducen al lugar y la dimensión de los rigidizadores de torsión requeridos (32). El rendimiento del diseño bajo los impactos altos y bajos requeridos por las normas federales y de Seguro se pueden evaluar y el dispositivo se puede sintonizar heurísticamente con precisión para satisfacer estos requisitos. Después de satisfacer estos puntos, se forma el modelo FEA y se puede usar como entrada para fabricar utillaje prototípico que es la tercera y última etapa CAE.
Un modelo FE de elemento de envoltura de la viga en I se genera usando la salida de plano mediano y perfil de espesor desde la primera etapa y los datos CAD suplementarios para el esquema de montaje y el acabado final. El modelo FE para impactos a baja velocidad incluye el absorbedor de energía, la estructura de cuerpo importante que se fija a y que rodea la viga en I, y las condiciones de límite y energía de entra apropiadas. Todos los materiales se caracterizan usando propiedades de materiales totalmente lineales y no-lineales El modelado de las suspensiones de vehículo para impactos a baja velocidad no es necesario para una buena correlación entre el ensayo físico y el análisis FE (los datos de suspensión no están normalmente disponibles en la fase de desarrollo). Cuando la suspensión del vehículo no está presente, los impactos de bajo péndulo están influidos al máximo; el péndulo alto a un grado inferior. Esto es debido a los efectos de suspensión vertical, y la mayoría de los sistemas de captura de datos no miden la componente de fuerza vertical. El resultado, para los impactos de péndulo bajo, es una truncación de la fuerza contra las curvas de intrusión, las cuales tienden a alargarse cuando la suspensión se comprime y el vehículo cambia de actitud. Todos los análisis de impacto se realizan usando LS-DYNA3D7. Los parámetros medibles incluyen la intrusión del impactador, la carrera de la viga en I, la tensión/esfuerzo de la viga en I, tensión/esfuerzo de la estructura de cuerpo, rendimiento del absorbedor de energía, modo de deformación del sistema, y fuerza de reacción de sistema. Los resultados de la predicción de modelo y los resultados efectivos mostraron un alto grado de correlación.
Sumario de la consecución de los objetos de la invención
De lo anterior es evidente que los autores han inventado un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques en sección en I para automóviles, que se forma a partir de material plástico. La presente invención proporciona un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques GMT mejorado para automóviles que satisface todos los requisitos relevantes para la integridad estructural bajo la prueba de impacto estandarizada, a la vez que reduce el coste de fabricación y el peso de las piezas. La presente invención proporciona un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques GMT para automóviles que tienen características favorables de flujo durante el moldeo por compresión del parachoques.
Se debe entender que la descripción anterior y las realizaciones específicas son meramente ilustrativas del mejor modo de la invención y sus principios, y que se pueden hacer diversas modificaciones y adiciones al aparato por el experto en la técnica, sin salirse del alcance de presente la invención, la cual se entiende que solo está limitada por el alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (4)

1. Un procedimiento para diseñar y fabricar un parachoques termoplástico reforzado con fibras en forma de viga para vehículos automóviles que tienen cargas minerales, comprendiendo el parachoques:
\quad
una parte frontal que es una brida frontal sustancialmente plana (18),
\quad
una parte trasera que es una brida trasera sustancialmente plana (20),
\quad
al menos un travesaño, en el que dicho al menos un travesaño es un alma sustancialmente plana (14) que tiene un primer borde y un segundo borde opuesto, estando dicha alma (14) orientada en perpendicular a dicha brida frontal (18), de manera que dicho primer borde de dicha alma (14) esté conectado a dicha brida frontal (18) a lo largo de la línea mediana de la superficie plana de dicha brida frontal (18), y en el cual dicha parte trasera es una brida trasera (20) sustancialmente plana orientada en paralelo a dicha brida delantera (18), de manera que dicho segundo borde de dicha alma (14) esté conectado a lo largo de la línea mediana de la superficie plana de dicha brida trasera (20),
\quad
comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
-
determinar las dimensiones de aproximadamente 20 secciones de viga respecto de las variables: espesor de la brida delantera, longitud del alma, espesor del alma, espesor de la brida trasera,
-
con lo cual las secciones son modeladas a partir de una línea central (42) del parachoques hasta un soporte de larguero (44), y las dimensiones de las secciones varían uniformemente de la línea mediana (42) hacia el soporte de larguero (44); y
-
moldear dicha parte frontal, dicha parte trasera y dicho al menos un travesaño a partir de un material termoplástico reforzado con fibras que contiene cargas minerales.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual los parámetros de diseño se iteran hasta que cada sección del parachoques sea conforme a un criterio de impacto del parachoques.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, o la reivindicación 2 en el cual la geometría del plano mediano y los perfiles de espesor se descargan en un programa Análisis de Elementos Finitos (FEA) como condiciones iniciales.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el cual se forma el modelo FEA y se usa, de preferencia, para la fabricación de utillajes de prototipo.
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