¿Quieres cumplir con la norma CAFE y no morir en el intento?

¿Quieres cumplir con la norma CAFE y no morir en el intento?

Resultado de imagen para NVH  La introducción de la norma CAFE (Corporate Average Fuel Economy) 2025, ha hecho que el consumo de combustible                                              sea un  objetivo aún más importante para todos los fabricantes de automóviles. ¿Pero cómo cumplir con esta norma sin afectar                                                                   la estructura del automóvil?¿Y cómo estar seguros de que el nuevo diseño es fiable? Polytec ofrece servicios para asegurar que la                                                                           optimización del peso puede mejorar el consumo por kilómetro sin comprometer el NVH o la integridad de la estructura.

 

Estructura ligera y sin compromiso

Aunque la optimización de la transmisión será un factor importante, está claro que reducir el peso total es vital para el cumplimiento del objetivo de la norma CAFE.

En el esfuerzo de mejorar continuamente el consumo por kilómetro, ha habido un cambio en el contenido de vehículos a metales ligeros y compuestos. Éstas tendencias están teniendo un efecto dramático en cómo se están diseñando y probando los vehículos. Debido a que las clásicas técnicas son limitadas, se deben realizar nuevos enfoques para optimizar el ahorro de combustible sin comprometer el NVH o la integridad de la estructura.

Con el aumento en el uso de plásticos ligeros y materiales compuestos a base de metal, la modelización tridimensional de los elementos limitados de los materiales compuestos se ha vuelto más crítica. Éste modelado asegura que los materiales ligeros pueden conservar su resistencia al tiempo que reducen costos.

Ya que estos nuevos materiales surgen en la planta de fabricación, se le ha pedido a control de calidad determinar cómo identificar mediciones que puedan ser exactas y rápidas en las piezas. Dado que los fabricantes integran técnicas de construcción unitaria e implementan nuevos diseños ligeros o usan materiales ligeros para producción de piezas, necesitan cambiar la manera en que las prueban. Los materiales ligeros cambian la resonancia y la frecuencia modal de la parte más pesada que sustituyen.

Mientras tanto, nuevas técnicas de formación están creando formas mucho más complejas que las que se tenían en el pasado. Todo esto conduce a una respuesta resonante diferente a altas frecuencias que pueden cambiar fácilmente el intervalo audible. Para combatir éste cambio se debe usar un punto de densidad mucho más alto de la medición en la configuración de prueba para evitar el enmascaramiento espacial. El concepto de “enmascaramiento” es bastante conocido en la comunidad NVH; pocos ingenieros consideran usar un FFT sin ajustes que eviten el enmascaramiento. Por alguna razón, en el dominio espacial el peligro del enmascaramiento es incluso olvidado o ignorado.

Normalmente esto suele ser bastante difícil y consume mucho tiempo llevar a cabo las mediciones apropiadas. El resultado ha sido que un modelo de elementos finitos de un millón de puntos o más será verificado con 200, 100 o incluso menos puntos de datos medidos. Los datos de medición no son ni siquiera una buena figura aproximada a la realidad. De hecho, si la figura inicial es en tanto cercana al modelo de la forma, el modelo será aceptado como validado. Dichas aproximaciones no son suficientes para las normas de hoy en día. Mientras los componentes se vuelven más ligeros, está brecha en el proceso de modelado seguirá creciendo a menos de que se adopte una técnica diferente. Polytec ofrece una solución para llenar esta brecha con su RoboVib, un sistema láser automático. El RoboVib es capaz de medir la ubicación de nodos en un modelo FE para su verificación y actualización, haciendo historia las limitaciones de densidad de puntos.

La corrección temprana de los modelos en el proceso es extremadamente importante hoy en día, con la reducción de costos de manufacturación a través de compartir componentes en múltiples modelos o en diversos vehículos de la misma plataforma, al tiempo que se reciclan componentes existentes para el lanzamiento de la siguiente generación. Con más piezas estructurales unidas entre sí, el software de modelado enfrenta difíciles condiciones de contorno, haciendo más importante tener datos más exactos de la prueba, para evaluar y actualizar el modelo. Incluso con un nuevo chasis, una gran porción de los componentes es reutilizada; cuando en base a viejos modelos no actualizados la predicción de la respuesta de nuevos vehículos es limitada. Cuando los modelos FE son verificados experimentalmente, esa porción del diseño del vehículo se sabe que es validada reduciendo la incertidumbre del vehículo completo. El concepto es bastante básico: si existen defectos en el modelo, no se debe agravar el error mediante la reutilización de las fallas de diseño.

A pesar de que esto puede sonar como un remedio, muchas organizaciones no actualizan adecuadamente sus modelos FE para la preparación de la siguiente generación de vehículos.

La reducción de peso es un tema particularmente emotivo debido a la norma CAFE 2025 de 54.5 mpg. Una de las áreas en donde el peso se puede ahorrar es en haciendo una combinación de diseño de paneles, de esa manera se necesita una menor amortiguación de sonido, y optimizando el uso y la ubicación del material de amortiguación. En pruebas hechas por Polytec, a lo mucho un 40% del material de amortiguación puede ser removido, lo cual también resulta en mejorar la calidad del sonido.

Normalmente, los acelerómetros son usados para optimizar la colocación: por ejemplo colocando 22 acelerómetros en la superficie de una van para medir la vibración, y usando esos datos para optimizar la colocación del material de amortiguación de sonido. Ésto daría la respuesta de la curva de medición mostrada en la siguiente imagen.

 

Para ahorrar tiempo, muchas pruebas de laboratorio no se molestan en usar 22 sensores. Lo cual conduce a una imagen incompleta. El valor surge cuando se es apto para aumentar está densidad, incrementando el número de puntos de datos hasta 100, puedes ver que entonces los resultados muestran un mayor detalle de en donde se debe colocar el material de amortiguación.

 

Midiendo estos puntos de densidad usando acelerómetros es no solo un gran consumo de tiempo si no también altera la respuesta física de amortiguación debido a la masa del sensor, compensar la masa y dejar tiempo para ésta medición generalmente no es posible en el proceso de ingeniería habitual. Esto es especialmente cierto cuando todo el mundo está pidiendo a gritos el prototipo. El tiempo extra requerido para mediciones de alta calidad es una compensación inteligente. En el pasado, la superficie de una van era una sección relativamente plana con mucha masa y con objetivos NVH parcialmente menos exigentes, que estaba bien, pero si el objetivo es satisfacer estrictas normas del mañana, es esencial contar con datos de alta resolución; cuando usamos suficiente densidad espacial la imagen se vuelve más clara y vívida. Los datos en la imagen 3 fueron capturados usando el vibrómetro de escaneo de Polytec.

Usando datos como los mostrados en la imagen 3 se hace más fácil identificar las áreas que necesitan amortiguación y la frecuencia de nuestro interés. La optimización del material de amortiguación puede ser seleccionada y colocada en las áreas correctas. Los datos también muestran mejoras adicionales que pueden ser logradas con cambios estructurales menores. Las pequeñas áreas en relieve añaden rigidez, pero también tienen sus propios modelos localizados (mostrados como puntos calientes). Las caídas espaciales de enmascaramiento se pueden ver comparando las imágenes 1 y 3. Con las pruebas apropiadas, el NVH puede ser mejorado mientras se reduce peso determinando con precisión e identificando éstos modelos locales. El escaneo del vibrómetro resalta simultáneamente éstos modelos locales y los parámetros estructurales de medición sin carga de masa.

Con la reciente evolución del vehículo, la industria automotriz esta vivaz, a pesar del reto de diseñar vehículos con mejor rendimiento de gasolina, el verdadero objetivo es reducir la dependencia del petróleo y mejorar el impacto ecológico del automóvil. En la búsqueda del cumplimiento de estos objetivos deberemos continuar mejorando los materiales y uniendo fronteras para construir vehículos más ligeros y seguros. Esto requerirá el uso de nuevos métodos de pruebas, el sistema láser 3D RoboVid de Polytec es una eslabón crítico en este proceso.

Traducción y adaptación del documento original

“Lightweight structure without compromise” (www.polytec.com/us)

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