AbstractsBiology & Animal Science

Crashworthiness analysis and design optimization of hybrid impact energy absorbers

by Piñó Miguel Costas




Institution: TDX
Department:
Year: 2016
Keywords: Automóviles-Resistencia a las colisiones; Automóviles-Seguridad-Dispositivos; Resistencia de materiales
Posted: 02/05/2017
Record ID: 2135140
Full text PDF: http://hdl.handle.net/2183/16290


Abstract

[Resumen]En el campo de investigación del diseño y la optimización de estructuras de protección y absorción de energía, se ha experimentado un importante avance gracias a las rápidas mejoras de las herramientas de modelado y simulación computacionales. En lo relativo a vehículos de carretera, este énfasis se ha notado desde los años 1990, motivado por las preocupaciones y necesidades de la sociedad. Las colisiones frontales son especialmente fatales para los ocupantes y, por lo tanto, se ha prestado especial atención a la absorción de energía y comportamiento frente a impacto de las partes frontales de los vehículos. Este esfuerzo ha conducido a diseños estructurales en los que los elementos frontales se aplastan longitudinalmente de forma progresiva y controlada, absorbiendo una considerable cantidad de energía cinética por medio de mecanismos de disipación plástica en metales, aplastamiento de espumas o degradación y fractura de materiales compuestos. Hoy en día, se utilizan muy habitualmente en la industria perfiles de acero o aluminio, aunque existen otros materiales igualmente adecuados. En particular, una forma de mejorar el comportamiento de estos elementos estructurales es combinar varios materiales en un único diseño, de forma que las mejores características de cada uno contribuyan al comportamiento global del componente. Esta tesis doctoral presenta una investigación acerca de la absorción de energía y el comportamiento frente a impacto de elementos estructurales consistentes en una combinación de un tubo metálico y diferentes refuerzos internos en materiales no metálicos. Se han realizado ensayos experimentales y simulaciones computacionales de elementos rellenos de láminas de fibra de carbono o fibra de vidrio, espuma de tereftalato de polietileno y un aglomerado de corcho para evaluar su comportamiento frente a impacto. En primer lugar, se presenta una campaña de ensayos experimentales y numéricos del aplastamiento axial de componentes rellenos hechos de un perfil de acero ensamblado mediante soldadura por puntos, trabajo hecho en colaboración con el centro de investigación CTAG (Centro Tecnolóxico da Automoción de Galicia) en el marco del proyecto “Hybrid Body”, financiado con fondos públicos de la Xunta de Galicia. Los resultados de los componentes rellenos con placas de fibra de vidrio o espuma mostraron un comportamiento particularmente bueno en términos de distintas métricas usadas para su evaluación. Se realizó asimismo un estudio paramétrico para examinar con mayor precisión el comportamiento de los componentes rellenos de fibra de vidrio, así como la influencia del espaciado y distribución de los puntos de soldadura en los resultados. A la vista de lo anterior, se procedió a optimizar los tubos rellenos de placas de fibra de vidrio con el objetivo de obtener los diseños óptimos para dos funciones objetivo simultáneas: la absorción específica de energía y la relación de carga. Esta optimización se ejecutó sobre metamodelos de las funciones objetivo. Se utilizaron para este fin un algoritmo de…