I vantaggi dell'utilizzo dell'acciaio inox nelle strutture degli autobus. Uno studio del fornitore Outokumpu con l'Università di Monaco

Di seguito, un contributo di Stefan Schuberth, Sales Manager Automotive Business Line, Advanced Materials, Outokumpu, Krefeld, Germania; Prof. Dr.-Ing. Klemens Rother, Università di Scienze Applicate, Monaco, Germania; Dr. Werner Pohl, FCMS GmbH, Monaco, Germania. Il produttore di acciaio inossidabile Outokumpu ha realizzato un progetto primo nel suo genere con lo specialista di soluzioni CAD/CAE FCMS, l'Università di Monaco […]

Di seguito, un contributo di Stefan Schuberth, Sales Manager Automotive Business Line, Advanced Materials, Outokumpu, Krefeld, Germania; Prof. Dr.-Ing. Klemens Rother, Università di Scienze Applicate, Monaco, Germania; Dr. Werner Pohl, FCMS GmbH, Monaco, Germania.

Il produttore di acciaio inossidabile Outokumpu ha portato avanti un progetto primo nel suo genere con lo specialista di soluzioni CAD/CAE FCMS, l'Università di Scienze Applicate di Monaco e RotherCONSULT per studiare ilvantaggi dell’utilizzo dell’acciaio inossidabile nelle strutture degli autobus.

I risultati mostrano che l’utilizzo dell’acciaio inossidabile ad alta resistenza per sostituire gli elementi tubolari del telaio degli autobus normalmente realizzati in acciaio al carbonio potrebbe essere efficaceridurre il peso fino al 35% – oltre 1.000 kg– pur rimanendo competitivi in ​​termini di costi.

Tradizionalmente, circaIl 90% degli autobus sono realizzati in acciaio al carbonio . Tuttavia, l’acciaio inossidabile offre numerosi vantaggi sia ai produttori che agli operatori di autobus. In particolare, la sua resistenza alla corrosione offre sostenibilità nonché una riduzione dei tempi e dei costi di manutenzione. Inoltre, sono disponibili in commercio tipi di acciaio inossidabile ad alta resistenza che offrono un enorme risparmio di peso. Ciò è illustrato nello sviluppo virtuale eseguito dal team di progetto.

I materiali candidati idonei per la struttura tubolare di un autobus sono visualizzati nella Figura 1. Generalmente viene utilizzato acciaio al carbonio a basso costo, ma non resistente alla corrosione. Tipicamente il grado è S355 così come il grado di resistenza più elevato S460, con entrambi i nomi che si riferiscono al loro limite di snervamento minimo. I successivi materiali nell'elenco sono gli acciai inossidabili con bassi livelli di resistenza. Infine, c'è la gamma di acciai inossidabili ad alta resistenza, incluso il Lean Duplex Forta LDX 2101 che presenta un'elevata resistenza alla corrosione. C'è anche Forta H800 sviluppato per le sue capacità di elevata resistenza, motivo per cui la sua resistenza alla corrosione appare bassa per un acciaio inossidabile.

Il progetto si è concentrato sulla valutazione dei vantaggi in termini di peso e costi di Forta H800 rispetto all'acciaio al carbonio S460 che offre il confronto più impegnativo per le strutture degli autobus esistenti. Si potrebbe anche prendere in considerazione il grado S700 recentemente sviluppato, che offre un carico di snervamento paragonabile a Forta H800, ma con un allungamento e un potenziale di assorbimento degli urti/resistenza agli urti molto inferiori.

Forta H800 è un acciaio inossidabile completamente austenitico sviluppato per componenti strutturali di veicoli critici per la sicurezza. Apre nuove opportunità nell’ingegneria e nella progettazione leggera combinando una resistenza ultraelevata e un assorbimento di energia molto elevato in caso di impatto. Presenta inoltre il vantaggio di essere privo di nichel, eliminando la volatilità dei prezzi associata ai gradi che si basano sul nichel come elemento di lega.

Una caratteristica chiave di Forta H800 è il meccanismo di rinforzo TWIP (Twinning Induced Plasticity) che fa sì che la struttura del materiale si indurisca continuamente quando sottoposta a un impatto d'urto.

Avendo individuato Forta H800 come materiale alternativo idoneo, FCMS, l'Università di Scienze Applicate di Monaco, RotherCONSULT e Outokumpu hanno collaborato per determinarecome potrebbe essere utilizzato al meglio nelle strutture degli autobus . Gli obiettivi principali erano esaminare come l’utilizzo dell’acciaio inossidabile potesse:

FCMS ha eseguito la modellazione parametrica. L'università ha eseguito prove di fatica sui giunti tubolari saldati dei due materiali e RotherCONSULT ha sviluppato e compilato i requisiti di sistema, le strategie di analisi semplificate e le procedure per la qualificazione strutturale. Outokumpu ha fornito i materiali, le relative conoscenze e i dati.

Per simulare le prestazioni della struttura del bus è stata utilizzata una combinazione di strumenti, tra cui la modellazione geometrica parametrica e metodi di analisi rapidi, automatici e robusti. L'intelligenza artificiale (intelligenza artificiale) è stata utilizzata per generare automaticamente alternative di progettazione e i modelli di simulazione associati. Non sarebbe stato fattibile intraprendere questo lavoro manualmente, poiché richiedeva la valutazione e l’iterazione di migliaia di progetti.