Por que as estruturas leves são essenciais no design de produtos?

A HBK oferece sensores, eletrônicos de medição e software para aquisição de dados e ferramentas analíticas como produtos ou soluções ponta a ponta para o mundo de Teste e Medição. Isso ajuda a avaliar a integridade estrutural, ruído e vibração, eficiência e desempenho e muitos outros aspectos da estrutura em teste em laboratório, bancada ou em veículos.

Observando as principais tendências em tecnologia e indústria, como projetos estruturais leves e sua validação, a HBK desempenha um papel importante em oferecer o ecossistema ideal para simulação vitalícia e aquisição de dados e análise em testes físicos, ajudando a validar projetos e construções modernas em seus caminhos para a produção em massa.

Para lhe dar alguns insights e experiência no campo desafiador de construções leves e sua validação, entrevistamos nossos especialistas HBK em estruturas leves: Gianmarco Sironi, Lance Steinmacher, Dr. Andrew Halfpenny, Michelle Hill, Manuel Schultheiss e Sandro Di Natale.

Agenda

  • Uma Introdução ao catman
  • Novas abordagens e tecnologias
  • Leve em nossa vida diária
  • Simulação e teste de novos materiais e designs
  • Conheça os especialistas da HBK

Uma Introdução ao catman

1. Como materiais e designs leves podem contribuir para um futuro sustentável?

Gianmarco Sironi, Lance Steinmacher,

Esta é uma boa pergunta para começar. Do ponto de vista da pegada de carbono, economizar peso é crucial para minimizar o impacto nas mudanças climáticas. Vemos fabricantes de aeronaves usando CAE / CAD para observar diferentes layups compostos para controlar a força ou flexibilidade quando desejado. Exemplos disso são as asas do 787, 777X, onde peso reduzido significa menos consumo de combustível. Para helicópteros, você pode controlar os layups compostos para fornecer rigidez em uma direção e a flexibilidade desejada em outra.

No entanto, também precisamos falar sobre as desvantagens. A reciclagem ou o descarte de compostos é muito mais complexo ou mesmo impossível, enquanto os metais tradicionais podem ser prontamente reciclados. Também com os compósitos, algumas das técnicas de conformação não são as mais ecológicas.

 

2. Cite os três setores mais importantes para projetos leves e por quê?

Manuel Schultheiss e Sandro Di Natale

Projetos leves são normalmente vistos na indústria de aeronaves, indústria automotiva e equipamentos esportivos:

  • Indústria de Aeronaves: A indústria aeronáutica historicamente - mas continuando - tem a pretensão de projetar e usar designs leves. Em todo o mundo, as companhias aéreas e os fabricantes de aeronaves precisam economizar combustível por razões econômicas, mas também ambientais. Como o custo do combustível representa a maior parte na operação da aeronave, mesmo pequenas reduções provavelmente serão recompensadas com o tempo. O design leve é ​​uma das áreas onde a economia pode ser alcançada.
  • Indústria Automobilística A indústria automotiva é pressionada por restrições governamentais para a emissão de poluentes como CO 2 e NO X - por exemplo, o novo padrão EURO 7. As restrições estão ficando cada vez mais rígidas. Um aspecto fundamental para cumpri-los é a redução de peso e, portanto, o consumo de energia. Outro aspecto é o aumento da participação dos veículos elétricos.
  • Equipamento esportivo: Os aparelhos esportivos usam muitos materiais leves: esqui, mountain bike, corrida de rua, motos, mas também os veículos esportivos nos esportes motorizados se beneficiam enormemente de estruturas leves e são essenciais para vencer competições. Os materiais compostos ajudaram a aumentar significativamente a segurança do motorista.

Para adicionar alguns números, aqui está um pequeno exemplo:

Nas indústrias de aviação e espacial, designs leves simplesmente compensam. Reduzir o peso em 1 kg economiza cerca de 0,02 - 0,03 kg de querosene ou cerca de 2 - 3 centavos por 1000 km. Com uma aeronave como o 777 voando mais de 50 milhões de milhas em sua vida útil, isso levaria a aproximadamente 80.000.000 km x 2,5 centavos / 1.000 km = € 2.000 por kg a menos em peso durante a vida útil da aeronave. Pense em uma aeronave 100 kg mais leve!

Portanto, aeronaves e espaçonaves já estão na segunda geração de designs leves. Os Polímeros Nano-reforçados com Carbono (CNRP) substituem as peças atualmente fabricadas por outros tipos de compósitos, pois são mais resistentes e oferecem peso 30% menor. A manufatura aditiva é amplamente utilizada na mais nova geração de aeronaves, possibilitando novos projetos com menor peso, por exemplo, suportes de cabine.

3. O que você consideraria material leve e quais são os benefícios de construções leves?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

A categorização de materiais leves é um grande tópico. Você pode olhar para isso de diferentes ângulos:

  • O peso de materiais individuais: Normalmente você pensa em materiais como alumínio, titânio, magnésio ou similar e compósitos. Aqui você prioriza o peso dos próprios materiais.
  • A massa total: Alguns materiais serão mais pesados, mas se você precisar de menos material, o peso total ainda será reduzido. Um bom exemplo é a aeronave Dreamliner (Boeing 787) que é feita de 50% de materiais compostos. Ainda assim, não há como evitar o uso do aço porque ele deve transportar cargas pesadas. Da mesma forma, muitas peças compostas são unidas com alumínio, titânio, etc. Portanto, não se trata de escolher o material mais leve, mas de usar o material adequado e com sabedoria para reduzir o peso total da estrutura.

Apesar das vantagens da construção leve, existe o aspecto da eficiência de custos. Não em termos de material, mas em custo de consumo de energia. Com uma base de clientes que é principalmente dos setores de veículos terrestres, automotivos, caminhões, trens ou aeroespaciais, você sempre terá o problema de que massa extra significa força extra necessária e, consequentemente, mais energia. Construções leves podem reduzir a força de tração necessária e, portanto, não apenas economizar custos, mas também gerar proteção ambiental.

Além dos compósitos de fibra longa, você também deve olhar para os polímeros (coloquialmente plásticos). Você pode ver muito uso estrutural de polímeros em componentes automotivos. Novamente, trata-se do truque de ter o material exatamente onde você deseja. É aí que a manufatura aditiva (AM) tira vantagem. Com AM você pode ter uma geometria mais exótica. Portanto, isso economiza muito tempo e dinheiro porque você não precisa cortar todo o material redundante.

 

4. Quais parâmetros críticos precisam ser considerados em um projeto estrutural leve?

Lance Steinmacher

Ao criar alguns desses novos materiais, a empresa protegerá sua propriedade intelectual para dar a eles uma vantagem competitiva. Ao fazer isso, algumas das propriedades do material composto são patenteadas ou proprietárias e ocultas por trás de um acordo de não divulgação (NDA). Isso vale para os layups de materiais reais (fibra picada, fibra, direcional, unidirecional, etc.), adesivos ou epóxis usados ​​e o processo de fabricação. Como resultado disso, apenas informações limitadas sobre compósitos estão abertas ao público.

Novas abordagens e tecnologias

5. Quais prós e contras você vê nas composições?

Gianmarco Sironi, Lance Steinmacher,

Muitos consideram a vantagem dos compósitos ser a construção leve, mas não é a única: em algumas aplicações, os compósitos foram introduzidos não para economia de peso, mas por seu ótimo desempenho na vida em fadiga.

A pá do rotor principal de um helicóptero feita em material composto não é tão 'leve' em comparação com sua contraparte de liga de alumínio antiga, mas é muito mais durável: sua vida útil em horas de voo é uma ordem de magnitude superior. Esse é o grande salto em frente, mas não é o único. As lâminas de rotor de metal eram um pesadelo de manutenção e precisavam de muita inspeção não destrutiva (NDI), pois desenvolviam rachaduras rapidamente e sem aviso prévio, causando um número significativo de acidentes no passado. Graças às lâminas compostas, melhorias significativas foram possíveis, especialmente para helicópteros médios e pesados. Portanto, não se trata apenas de peso, mas também de segurança de voo e manutenção mais fácil e eficiente.

Por outro lado, materiais como ligas de alumínio ou titânio ainda apresentam a vantagem intrínseca de haver muita literatura sobre seu comportamento à fadiga, visto que são estudados há décadas. Os compósitos avançados são relativamente novos em comparação com os metais e essa literatura ainda não está disponível ou, se presente, é um tanto limitada.

Os materiais compostos não são uniformes nem isótropos e isso torna sua caracterização um verdadeiro desafio. Além disso, toda vez que você muda uma única folha no laminado (ou apenas mantém a mesma folha, mas muda sua orientação), você basicamente criou um novo material. Então, você tem que começar de novo com a caracterização da fadiga começando com a amostra de teste simples, que é muito tempo e dinheiro. Portanto, é muito conveniente ter um bom conhecimento do material e recursos de simulação ao projetar o laminado pela primeira vez.

 

6. Quais prós e contras você vê na manufatura aditiva?

Sandro Di Natale

É difícil responder a essa pergunta genericamente. Existem tantas tecnologias diferentes resumidas sob este termo. Além das tecnologias voltadas para o consumidor com base em filamentos, há estereolitografia, jato de aglutinante e muito mais. Do ponto de vista industrial, acredito que a sinterização e fusão seletiva a laser (SLS e SLM) trabalhando com pó metálico estão entre as tecnologias mais promissoras.

Os componentes fabricados, por exemplo, em pó de titânio, comportam-se de maneira semelhante aos componentes fundidos ou usinados. No entanto, é necessária atenção especial nos testes para garantir que as características sejam isotrópicas e que não haja influência da estrutura da camada. Se for dado, o potencial para redução de peso e novos designs é quase infinito. Infelizmente, os pós ainda são muito caros e a velocidade de fabricação é lenta. As máquinas maiores e mais recentes podem construir a taxas de algumas centenas de centímetros cúbicos por hora.

 

7. Quais atributos-chave decidem se a manufatura aditiva pode ser usada na produção?

Sandro Di Natale

Se a manufatura aditiva pode ser usada na produção depende dos seguintes critérios:

  • Complexidade do design do produto: Novos projetos, que não podem ser fabricados com métodos tradicionais, estão predestinados para a manufatura aditiva, pois basicamente não há limites.
  • Custo de ferramentas para métodos de fabricação tradicionais e número: Se o número de unidades fabricadas for alto, por exemplo, dezenas de milhares, o custo do ferramental se torna menos importante por unidade. Se o número for menor, o custo do ferramental por unidade aumenta tremendamente. Normalmente, o ponto de equilíbrio, até o qual a manufatura aditiva é favorável aos métodos tradicionais, está na faixa de centenas ou alguns milhares de unidades por ano. É por isso que as indústrias aeronáutica e espacial foram os primeiros a adotar essas tecnologias.

As vantagens ficam ainda mais evidentes com o lote um. Na indústria médica, próteses e suportes corretivos fabricados aditivamente estão bem estabelecidos.

 

8. Qual é o papel da biônica?

Manuel Schultheiss:

A biônica desempenha um papel altamente significativo quando falamos sobre estruturas leves, conforme aprendemos com o design de pássaros como construir um avião e fazê-lo voar. 

Podemos ainda aprender muito mais sobre como otimizar projetos técnicos com a natureza como exemplo, quando pensamos em superfícies de pele de tubarão que são aplicadas na superfície de aviões, ou winglets para reduzir a turbulência nas pontas das asas dos aviões. Toda a estrutura mecânica de plantas e árvores pode ser usada para derivar o projeto mecânico ideal com menor risco de quebra e menores tensões dentro do material. A natureza aprendeu e se adaptou ao melhor design adequado ao meio ambiente.

O elemento interessante de novos materiais e métodos de fabricação é que é mais fácil estabelecer projetos personalizados. Um exemplo é a manufatura aditiva. Com essa abordagem, você pode criar arredondamentos mais suaves em projetos com menos concentração de tensões e criar estruturas mecânicas ideais com as tensões mais baixas e tempos de vida mais longos.

Leve em nossa vida diária

9. Qual foi a sua maior surpresa nos últimos anos no domínio da construção leve, simulação e validação?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

Existem duas coisas. O primeiro não deveria ser uma surpresa, mas foi. Usamos muitos materiais e devemos juntá-los. No passado, apenas soldávamos aço a aço, mas agora estamos olhando para diferentes tipos de juntas, como rebites autoperfurantes, conexões aparafusadas, adesivos ou um uso híbrido, por exemplo, adesivos com rebites. Existem muitos tipos mais exóticos de junção e é necessária mais precisão. No passado, as soldas eram feitas de maneira conservadora e todos aceitavam isso. Mas agora, com a necessidade de reduzir o peso até nas curvas de solda, não queremos mais conservadores.

O segundo ponto ao considerar as qualidades é a exigência de conhecimento sobre as incertezas. Anteriormente, os engenheiros projetavam algo e simplesmente aplicavam o chamado fator de segurança. Esta é uma combinação de segurança real e "coeficiente de ignorância". Agora isso não é mais aceitável, precisa ser quantificado. Essa necessidade é liderada por organizações essenciais para a segurança, como a indústria nuclear, aeroespacial, etc. É necessário compreender melhor de onde vem a margem de segurança e se ela realmente é tão grande quanto pensamos. Então, não se trata mais de prever um número, é de dar uma gama de valores para que as pessoas possam dizer com segurança que aceitam que um em mil vai falhar, e se falhar, não será catastrófico.

Para aquisição de dados (DAQ), isso significa que a exatidão, a precisão dos dados ou os requisitos para isso estão aumentando. Um exemplo concreto disso é nosso trabalho atual sobre fadiga probabilística. Calcular a probabilidade de vida do componente não é novo. Há dez anos, estávamos conversando com clientes sobre essa nova tecnologia, mas na época a maioria deles disse que nem sabia quais eram as cargas esperadas, muito menos quanta variação havia nelas. Agora, as mesmas pessoas vêm e dizem que, com a Internet das Coisas, temos uma boa ideia de quão altas são essas cargas, e até sabemos seu desvio padrão. É uma grande mudança na última década com todos os dados disponíveis, que nunca tínhamos antes. Isso é o que realmente está gerando essa necessidade de precisão. Agora temos a capacidade, a entrada dos dados de que precisamos e a necessidade de designs leves para trazê-los à tona. No início, a imprecisão do medidor pode ser pequena, mas cresce exponencialmente até a fadiga. Isso você precisa rastrear.

 

10. Vemos muitos desenvolvimentos e novos participantes no mercado criando veículos elétricos a bateria usando pesadas baterias de íon-lítio. Os designs leves podem desempenhar um papel aqui?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

Para a bateria, do ponto de vista não químico, tudo precisa de um chassis ou sistema de suporte. O interessante é que usamos essas baterias estruturalmente em carros elétricos, por exemplo, então elas fazem parte da estrutura do veículo e o chassi deve ser capaz de transferir cargas estruturais. Além disso, a própria bateria enorme salta para cima e para baixo, criando uma carga dinâmica. Assim, o projetista tem o cenário complexo da fusão de pesos pesados ​​sendo vibrados e cargas estruturais sendo transferidas.

Além disso, existe o requisito de proteger as pessoas da alta tensão interna. Isso significa que o uso de metal pode ser um problema. Além de reduzir o peso, as juntas não metálicas, como os adesivos, tornam-se mais importantes neste ponto.

No geral, é bastante desafiador testar isso. Agora estamos recebendo muitas perguntas que ainda não sabemos responder, mas estamos muito animados para entrar no assunto.

11. Como uma “mentalidade leve” pode ser estabelecida nas empresas?

Gianmarco Sironi, Lance Steinmacher,

É algo como uma 'mentalidade de eficiência'. Peso leve significa colocar apenas o material necessário para atingir a resistência estática e / ou vida útil à fadiga exigidas. No entanto, em algumas indústrias como a aeronáutica, essa mentalidade muitas vezes se confunde com os requisitos de segurança e redundância. Em nossa opinião, uma mentalidade leve é ​​importante, mas nunca deve prevalecer sobre a mentalidade de segurança. O teste estrutural continua sendo a maneira mais eficaz de garantir que ambos os requisitos sejam satisfeitos.

 

12. Como alguns impedimentos podem ser resolvidos?

Manuel Schultheiss:

Custo e tempo desempenham um grande papel. Existem alguns desafios para peças de produção em série. Quando o tempo de fabricação não é tão relevante para itens individuais, como peças para equipes de esportes motorizados ou para um iate, isso não é um problema, mas deve haver processos que permitam uma produção rápida e segura dessas peças. Especialmente quando falamos sobre manufatura aditiva e materiais compostos de fibra (por exemplo, polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRPs)), este é um ponto que não é resolvido em termos de processo. Existem muitas inovações neste campo.

Outro ponto é a reciclagem desses materiais. Existe a pretensão de criar produtos que sigam o pensamento de um futuro sustentável. Quando os materiais não podem ser reutilizados por causa de sua estrutura, isso é crítico. Ao usar abordagens mais naturais de fibras e epóxis, isso poderia resolver o impedimento.

 

13. A pandemia mundial teve seu impacto em muitas indústrias e acelerou os processos digitais. Houve um impacto na inovação em estruturas leves?

Manuel Schultheiss:

Não devemos esticar demais a influência da pandemia. Eu acho que não há um impulso significativo da própria pandemia para materiais leves ou construção. Os processos são constantemente acelerados e digitalizados. Algumas empresas podem ter usado o tempo para “reinventar-se” e tentar algo novo aqui.

Simulação e teste de novos materiais e designs

14. Qual é a função dos testes físicos, considerando o aumento do poder de computação e ferramentas de simulação aprimoradas?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

Ao falar sobre testes físicos, a maioria das pessoas pensa em testes em escala real, como um helicóptero sendo colocado em vibração ou algo semelhante. No entanto, se você olhar para o triângulo (Figura 1) que representa o escopo dos testes, verá que o teste em escala real é apenas uma pequena parte dele. Dividimos os testes em testes de qualificação, incluindo testes em escala real e testes paramétricos. Usamos nosso hardware e software principalmente para testes de parâmetros, para ser mais preciso, principalmente testes de cupons, que estão aumentando atualmente.

O principal objetivo ao fazer o teste de cupom é obter parâmetros físicos para derivar modelos físicos que podem ser usados ​​para simulações. Antes da simplificação, não havia problema em obter propriedades materiais do Google quando tínhamos um coeficiente de ignorância enorme. Agora você não pode se dar ao luxo de fazer isso. É muito mais barato gastar € 15 - € 30 k em um teste do que sair com um milhão de carros superdimensionados.

No próximo nível do triângulo, você vê o teste de elemento. Mesmo no nível de componentes leves simples, geralmente são estruturas fundidas ou fabricadas de alguma forma. Nós os testamos até falhar, então determinamos a carga versus a vida. Agora precisamos converter isso em estresse versus vida. Isso envolve o cálculo retroativo das propriedades do material por meio do modelo de simulação. Portanto, construímos um modelo de elemento finito do elemento de teste e executamos uma otimização complexa para determinar os parâmetros necessários. Aqui, é importante que usemos as mesmas diretrizes de modelagem de elemento finito que nossos clientes usam em seu modelo de estrutura completa, só então podemos fornecer a eles os resultados de que precisam.

O nível acima mostra o teste de componente. Aqui, queremos calcular alguns dos parâmetros mais holísticos. Por exemplo, com vibração, o amortecimento é supercrítico porque é a única coisa que absorve energia. Precisamos saber disso e, no nível de teste de componente, tentamos obter parâmetros para a simulação.

Os testes de qualificação geralmente ocorrem no final do ciclo e nos permitem fazer várias medições para verificar se nossas suposições estavam corretas. Se a estrutura falhar, precisamos simular por que falhou, para que possamos usar simulações para eliminar a falha antes de passarmos para a próxima rodada. E, como os testes de qualificação estão no final, significa que qualquer mudança é extremamente cara para os clientes. Portanto, os testes paramétricos devem aumentar para tornar nossos modelos mais robustos e precisos.

Na figura você encontrará uma terceira categoria de testes, o teste de confiabilidade. Enquanto o teste paramétrico mapeia o modelo físico para falha, os testes de confiabilidade mapeiam o modelo estatístico para falha. Na HBK, o objetivo dos testes é obter informações sobre quantos produtos falharão se o cliente der, digamos, uma garantia de 10 anos e quanto isso custará.

 

15. Quais são as diferenças na certificação de materiais leves em comparação com metais tradicionais?

Manuel Schultheiss:

Existem diferentes níveis de certificação. Vejamos o nível dos materiais:

  • Para testes de materiais como CFRPs, existem normas como ASTM D 3039 / DIN 65378 (tração), ASTM D 695 (compressão plana), ASTM D 3518 (cisalhamento no plano), ASTM D 707 (cisalhamento de trilho entalhado em V ) Esses padrões foram estabelecidos e evoluíram ao longo dos anos. 
  • Para tecnologias mais novas, como certificação de manufatura aditiva de materiais, esses padrões precisam ser inventados. Não existem muitos bancos de dados de materiais que podem ser usados ​​para esses materiais, o que torna mais difícil usá-los em produtos hoje.
  • Os materiais tradicionais padrão podem ser certificados com base em uma longa experiência e muitos padrões, por exemplo, para testes de cupons, diferentes casos de carga e cenários de teste podem ser usados. Referindo-se a esses padrões como uma linguagem comum, é muito mais fácil para os engenheiros de projeto usar esses materiais do que projetar com novos materiais.

Olhando para a certificação de estruturas ou produtos inteiros, como aeronaves, é ainda mais complexo. Eles cobrem mais aspectos do que simples “como testar cupons” e definir propriedades de materiais. Essas certificações incluem aspectos de design, fabricação e manutenção, bem como o quadro geral.

 

16. Que desafios você enfrenta ao testar novas estruturas leves?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

Reduzir o coeficiente de ignorância é um grande desafio. Mas outro ponto é que agora estamos testando componentes em vez de materiais. Com as juntas, novamente você tem o problema de precisar usar as mesmas regras de malha de elementos finitos que os clientes, porque especificamos propriedades em relação a uma malha especificada. Isso requer um cálculo retroativo para encontrar as propriedades.

Além disso, as grandes diferenças entre as soldas são um desafio. Se a montadora A quiser testar uma solda, você pode ter certeza de que a solda a ser testada para a montadora B é diferente. É por isso que as geometrias de amostra devem ser testadas para cada cliente. Mas as diferenças não são apenas entre diferentes clientes, mas o cliente também deve produzir componentes que mais tarde corresponderão à produção em massa. A questão aqui é se isso pode funcionar para uma produção em massa totalmente automatizada.

Quando se trata de compostos, fica ainda mais complexo. Como definimos o fracasso? Com as juntas é simples, elas se partem em duas. Mas os compósitos não se desfazem, eles podem perder rigidez ou resistência. Além disso, em um nível macroscópico, você não pode comparar compósitos com ligas. Os compostos podem falhar no nível macroscópico por meio de muitos mecanismos diferentes. Descolagem de fibras, rachaduras na matriz ou rachaduras de fibras podem fazer parte do caminho altamente progressivo para a falha. Quando decidimos o que é fracasso, temos que falar sobre o estresse. É a tensão em cada volume, entre a fibra e a matriz, ou apenas a tensão na fibra? Todas essas questões ainda estão em aberto e precisamos nos esforçar mais para respondê-las.

Outro desafio são os padrões para materiais compostos. Embora os padrões ASTM e ISO frequentemente venham da Airbus ou Boeing, eles são especificados para a indústria aeroespacial. Mas enquanto a indústria aeroespacial visa a alta qualidade, torna-se muito difícil para a indústria automotiva, por exemplo, porque eles desejam principalmente compósitos produzidos rapidamente e baratos, como o Chopped Strand Mat. Mas a modelagem aqui é um pesadelo: você não tem conhecimento da direção da fibra, que é essencial para a modelagem, mas ainda precisa atender aos altos padrões. E então você ainda tem apenas padrões para testes, mas não para interpretar os dados. Também aqui é importante encontrar respostas em conjunto com os laboratórios de pesquisa.

 

17. Você pode nos dar alguns exemplos de como você qualifica materiais e testa estruturas leves?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

A forma tradicional é a HBK oferecer soluções para os testes de materiais, bem como para o perfil de voo (cargas), que vão para a simulação. A análise de fadiga precisa de três entradas: as cargas, os materiais e a geometria. Podemos simular a geometria e se não funcionar, apenas mudamos o modelo CAD / FEA até obtermos um bom resultado de vida. Em seguida, criamos um protótipo, testamos e, em seguida, o correlacionamos com nossa análise. Se estivermos certos, acabamos precisando de apenas um protótipo.

No entanto, é diferente com os compostos, pois eles têm um caminho de simulação muito mais complicado. Aqui, as propriedades do material mudam devido à estrutura. Não existem materiais compostos; existem componentes compostos com propriedades variáveis ​​onde quer que você olhe. Para um composto, as tarefas e os resultados tornam-se muito mais iterativos. No momento, estamos usando o 'bom e velho método' novamente. Precisamos de muito mais protótipos porque você não pode mais confiar na simulação, pois isso ainda é muito novo para compósitos, ao contrário de metais, onde a simulação funciona muito bem.

Então você vê, mesmo 70 anos depois, a metodologia de design usada para o DeHavilland Comet é semelhante à metodologia desenhe-teste-conserte usada no Dreamliner. Precisamos de muito mais protótipos, em diferentes escalas, porque a simulação ainda não consegue lidar adequadamente com os compostos

18. Na sua opinião, ainda faltam dados empíricos em relação ao metal tradicional?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

No início, pensamos que havia falta de dados para o metal tradicional também. A questão com os dados fornecidos é: eles são confiáveis? Alguns dos dados que você obtém dos padrões são dos anos 60 ou talvez coletados para diferentes setores. Você precisa ficar de olho na origem dos dados. Com os compostos, você tem o problema adicional de que, mesmo se tiver parâmetros, você não pode ter certeza de que eles são os mesmos em todo o material.

Nossos clientes são ativos principalmente na qualificação de componentes e estrutura completa. Testamos o material do cupom e obtemos as informações para os compostos a partir dele. No entanto, quando trabalhamos com soldas, testamos as soldas e calculamos de volta quais eram as propriedades do cupom executando a simulação. Se for um composto, é um componente que testamos. Pode parecer um cupom, mas é um componente.

Aqui, vale ressaltar que a manufatura aditiva com titânio e alumínio é tratada como um compósito. Isso porque, se você tiver dois clientes, que usam as mesmas máquinas de manufatura aditiva, não obterá as mesmas propriedades do material devido às configurações diferentes das máquinas. Há uma grande necessidade de mais testes aqui, porque com AM também existem novos tipos de defeitos, como porosidade ou falta de fusão.

 

19. Qual equipamento de medição e teste você usa para estruturas leves?

Michelle Hill e Dr. Andrew Halfpenny

Usamos diferentes equipamentos HBK, por exemplo, células de carga, medidores de tensão, bem como QuantumX para aquisição de dados, mas também máquinas de teste da Instron e MTS.

Com os medidores de tensão, tivemos o problema de um dos novos materiais ser tão bom que superou os medidores de tensão Para a HBK, isso significa que devemos inovar constantemente em nossos equipamentos para acompanhar o material. Falando em inovação, tivemos a oportunidade de testar com um extensômetro a laser. Ele mede dentro de micrômetros sem tocar e elimina o problema de que os compósitos, por serem “explosivos” quando falham, podem danificar o equipamento.


Os especialistas da HBK

  • Gianmarco Sironi Líder de projeto, medição para soluções de teste de durabilidade estrutural
  • Lance Steinmacher: Líder de projeto, medição para soluções de teste de durabilidade estrutural
  • Dr. Andrew Halfpenny: Diretor de Tecnologia - Produtos nCode
  • Michelle Hill: Head de teste de materiais
  • Manuel Schultheiss: Gerente de produto, software de teste e medição
  • Sandro Di Natale: Gerente de Produto e Aplicação, Soluções de Medição e Teste de Durabilidade Estrutural

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