Výzkum v oblasti využití pokročilých kompozitních materiálů do automobilových sedaček

9/ 11 2016

Další ocenění našich mladých výzkumníků za výzkum v oblasti využití pokročilých kompozitních materiálů do automobilových sedaček.

 

Testováním komfortu a bezpečnosti osob v dopravních prostředcích, nejen řidičů a pasažérů, ale např. i ležících osob na sanitních lehátcích, se na naší fakultě strojní věnují výzkumníci ve spolupráci s předními českými výrobci již několik desetiletí.


Výzkum, zkušenosti a úspěchy nám přiblížil Ing. Petr Kulhavý, student doktorského studia z katedry částí a mechanismů strojů Fakulty strojní TU v Liberci.

 

„Aktuálním trendem výrobců nejen dopravních prostředků, je nahrazování klasických materiálů materiály lehkými a ultrapevnými na bázi hliníkových slitin či vlákenných kompozitů. U těchto materiálů v dnešní době očekáváme nejen nižší hmotnost, ale současně i ještě lepší mechanické parametry. Snížením hmotnosti vozidla o 100 kg je možné uspořit až 0.5 l/100 km paliva což znamená redukci emisí CO2 o 8.4 g/km.

 

Pro pochopení reálných přenosů napětí a dějů v rámu sedadel, s ohledem i na jejich nahrazení materiály kompozitními, bylo nutné provést celou sérii testů. Současná práce navazuje na již dříve oceněné výzkumy v oblasti testování reálného zatížení sedáků a rámů automobilových sedaček (EVM 2015) až po studie použitých potahových materiálů a jejich švů (EAN 2015).

 

Na tuto skupinu testů spojenou s důkladným popisem současného stavu, aktuálně navazujeme studiem možnosti aplikací nově vyvíjených materiálů na bázi uhlíkových vláken.

 

V rámci studia chování kompozitních materiálů byly v rámci projektu Studentské grantové soutěže FS TUL (Petr Lepšík, Petr Kulhavý, Pavel Srb) testovány vlastnosti těchto materiálů. První prezentovanou prací byl výzkum přenosu a útlumu vibrací kompozitním materiálem v závislosti na úhlu vinutí jednotlivých vrstev a při využití přidaných tlumících materiálů. U každého materiálu je totiž nutné znát jeho mechanické parametry nejen z hlediska přenosu napětí, ale taktéž se již při návrhu zařízení musíme zaměřit na možný výskyt rezonancí atd. Tato práce vznikala s výraznou pomocí dr. Jana Petříka (KST FS TUL, Mecas ESI) a byla oceněna na konferenci Experimentální analýzy napětí 2016.

 

Další kapitolou výzkumu představenou, a taktéž oceněnou na 3. ročníku konference Experimentální výpočtové metody určenou pro prezentaci výsledků mladých výzkumných pracovníků pořádanou Univerzitou J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, byla možnost 3D skenování kompozitních dílů s ohledem na využití takto získaných modelů pro numerické simulace. U výroby kompozitních dílů se totiž, na rozdíl od součástí z materiálů konvenčních, setkáváme s problémem, kdy předem neumíme jasně definovat výsledný geometrický tvar. Zatímco např. ocelová součást získaná obráběním dosahuje přesnost s předepsanými rozměry v řádu setin až tisícin, u součásti vyrobené z materiálu kompozitního máme vždy odlišnosti. Toto je dáno faktem, že kompozitní vrstva je často pouhý obtisk či replikovaný tvar jiného dílu, které nám udávají např. nenosná jádra či strukturované profilové díly. Data získaná při 3D scanování nejsou běžné funkční CAD modely, které by bylo možné ihned využít. Solidifikace za účelem získání reálných 3D dat a síťování takto získané geometrie ve formě mračen bodů za účelem tvorby numerických modelů je často velmi zdlouhavou až sisyfovskou prací. Poněkud překvapivými výsledky, především s ohledem na konvergenci výpočtových modelů je to, že i s ohledem na docílenou přesnost složitě optimalizované geometrie, je často jednodušší použít tvary hrubší a jejich vyhlazení se věnovat až při tvorbě sítě. Důkladnému studiu tohoto problému a metodám rekonstrukce scanované geometrie jsem se mimo jiného věnoval na své stáži v Německu, pod vedením týmu Prof. Simona. Na německou Univerzitu BTU, se v dnešní době vydávají již od bakalářského studia studenti fakulty strojní stále častěji a taktéž mohu jen doporučit.

 

Jakousi pomyslnou trojici, kdy již umíme popsat a modelovat mechanické chování kompozitních dílů, nám uzavírá studium metod jejich výroby. Toto téma bylo tématem každoročního setkání kateder Částí strojů. Práce se zabývala replikací strukturovaných dílů dle strojně vyrobených šablon s využitím elastického média. Testovány byly dvě pro tento případ asi nejvhodnějších metody, což je ruční laminační vrstvení a infuzní sycení. I zde jsme se setkali s oceněním tentokrát za nejlepší poster.


Opakované úspěchy naší práce si dovolím přisoudit především naší skvělé multioborové spolupráci, ve které mi výraznou inspirací byl doc. Michal Petrů, jenž docílil mimořádných úspěchů aplikací numerických simulací v oblasti zpracování plodů agrikultury. Osobně mám na univerzitě také možnost spolupráce s odborníky na vlákenné materiály z fakulty textilní (dr. Ondřej Novák, Ing. Martina Syrovátková, doc. M.F.A Eldessouki) nebo s experty na informační technologie z fakulty mechatroniky (dr. Tomáš Martinec) či přírodovědně-humanitní a pedagogické (doc. Jaroslav Mlýnek), kteří nám pomáhají optimalizovat potřebné výpočty, a v neposlední řadě s dr. Alešem Lufinkou z fakulty strojní, díky kterému jsme schopni realizovat téměř jakýkoliv experiment.“

 

Gratulujeme!


viz Experimentální textování sedaček