Efficient design methodology for composite vehicle structures through numerical simulations

Research Project, 2013 – 2019

Datorstödd utvecklingsmetodik för framtidens fordon i lättviktsmaterial. EU´s lagkrav för bilar som säljs efter 2020 innebär att en kraftig sänkning av bilarnas koldioxidutsläpp är nödvändig. Ökad mängd eldrina fordon och lättare fordon är några lösningar som börjar bli etablerade i de framtidsscenarior som visats. Eldriften innebär också en ökad press på viktsänkning eftersom batterier är tunga och dyra samt elbilens körsträcka mellan laddningarna är starkt viktsberoende. Speciellt gäller det vid korta stadskörningar i låga hastigheter och med mycket starter och stopp. Det lättviktsmaterial som har största potential för viktsänkning är kolfiberarmerad plast, s.k. Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) med en viktsäkningspotential på ungefär 50% relativt stål och 30% relativt aluminium. Flera fordonstillverkare tittar på att använda mer CFRP och materialet pekas ut som framtidens karossmaterial av flera, bl.a. av BMW som 2013 kommer lansera den första bilen i massproduktion med CFRP i stora delar av karossen. Kunskapen om materialet är fortfarande låg i industrin vilket medför att man inte vågar använda det överallt. Materialet som sådant kan framställas i väldigt många olika former med olika egenskaper. Ett av de största hindren för mer användning av lättviktsmaterial i fordon är bristen på effektiva beräkningsmetoder eftersom nya bilar utvecklas med allt kortare ledtid. I flygindustrin har man nyligen gjort ett stort tekniksteg med flyplanskroppar tillverkade i CFRP på flygplanen Boeing 787 och Airbus A380. Det har inneburit stora utmaningar för utvecklingsprocessen. Kompositmaterialet som används är lätt och starkt men kan gå sönder på väldigt många sätt och är inte lika formbart som metaller utan kan gå av och spricka. För att klara utmaningen har man i flygindustrin gjort mycket provning på mindre delar av flygplanet under utvecklingen. När de mindre delarna klarar sina krav sätts de ihop till större block som också provas. Det görs av beräkningar och beräkningsresultaten stäms av mot provningen. I det här projektet kommer metodiken i flygindustrin att tillämpas och anpassas för bilindustrin. Syftet är att uppnå en kostnadseffektiv och robust datorstödd utvecklingsmetodik för bilstrukturer i kolfiberkomposit. Fokusområde för projektet kommer vara att undersöka möjligheter till att minska provningsbehovet på mindre komponenter och ersätta den med datorstödda simuleringsmetoder och provning på enkla provstavar som grund för simuleringen. För att kunna göra dessa simulerinar krävs metodik för att beskriva strukturen beräkningsmässigt och modeller för materialet. Projektet förväntas här vara en bra brygga till till grundforskningen på det området samt bidra till kunskapsutbyte om tillämpning och behov för dessa modeller.