El problema
Entre los ensayos de homologación de los automóviles se encuentra la prueba de aplastamiento del techo (Roof Crush Test), un ensayo destructivo destinado a certificar la seguridad de los ocupantes en caso de vuelco del vehículo.
La estructura de un techo fabricado con materiales compuestos laminados ofrece una elevada capacidad de absorción de energía gracias a los mecanismos de daño progresivo de las fibras y de la matriz, manteniendo al mismo tiempo un peso muy reducido. Por este motivo, la fibra de carbono se utiliza habitualmente en el techo de vehículos deportivos y superdeportivos.
Sin embargo, no superar el ensayo de aplastamiento implica tener que rediseñar el componente y asumir los costes asociados a la fabricación de un nuevo prototipo para su homologación.
El desafío
El principal desafío de estos proyectos consiste en reproducir con precisión el daño progresivo de los materiales compuestos, superando las limitaciones de los análisis lineales basados en los criterios de First Ply Failure (FPF).
Para ello es necesario utilizar solucionadores que incorporen modelos de material no lineales capaces de representar los mecanismos reales de fallo progresivo de los materiales compuestos, como la rotura de las fibras y la delaminación entre capas.
Además de disponer del software de simulación adecuado, es imprescindible contar con una sólida experiencia en este tipo de análisis y con datos experimentales fiables de los materiales, indispensables para modelar correctamente un fenómeno tan complejo como el colapso progresivo de una estructura tridimensional de fibra de carbono.
Nuestra contribución
SmartCAE ha colaborado en el diseño de techos de fibra de carbono para vehículos deportivos, superdeportivos e hypercars mediante la simulación virtual de los ensayos de aplastamiento exigidos para la homologación.
A lo largo de los años hemos desarrollado una metodología basada en análisis no lineales por elementos finitos y modelos avanzados de materiales que permite ir más allá del criterio convencional de First Ply Failure, ampliamente utilizado para el dimensionamiento de estructuras de material compuesto.
Como parte del proyecto también coordinamos las actividades de caracterización experimental necesarias para determinar las propiedades mecánicas de los laminados que posteriormente se utilizan en los análisis de daño progresivo.
Durante todas las fases del desarrollo colaboramos estrechamente con el departamento de fabricación de los componentes de material compuesto para definir estrategias de laminación compatibles con los procesos productivos del cliente y capaces de superar con éxito los ensayos de homologación.
Beneficios para el cliente
Los más de veinte años de experiencia de SmartCAE en el diseño de estructuras de materiales compuestos mediante herramientas avanzadas de simulación, junto con un profundo conocimiento de los procesos de fabricación de componentes de fibra de carbono, permiten ofrecer a nuestros clientes un único interlocutor técnico capaz de mejorar las prestaciones mecánicas necesarias para superar los ensayos de homologación.
Nuestro enfoque reduce de forma significativa el número de prototipos y ensayos físicos necesarios para obtener la homologación, acortando los tiempos de desarrollo y disminuyendo considerablemente los costes asociados al diseño y validación del techo.
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Gracias a la simulación por ordenador, le ayudamos a predecir el comportamiento de su producto en condiciones reales de funcionamiento antes de que sea fabricado. Al identificar los posibles problemas de diseño desde las primeras fases del desarrollo, podrá reducir significativamente el número de iteraciones, acortar los plazos de desarrollo y lanzar productos fiables desde el primer prototipo.
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