Aplicação estrutural de cortiça para melhoria de segurança passiva em caso de impacto

• Autor(es): Santos, Mariana Paulino
• Data: 2008
• Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/2459
• Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
• Assunto(s): Engenharia mecânica; Indústria automóvel; Cortiça
• Tipo de Documento: Dissertação de mestrado
• Idioma: Português

Descrição

Neste trabalho procura-se explorar a capacidade da cortiça de actuar como material dedicado à absorção de energia de impacto, no âmbito da segurança passiva automóvel. Estudam-se numericamente os benefícios da implementação de padding de cortiça micro-aglomerada no interior das portas laterais dos veículos, fundamentalmente em termos de protecção da zona pélvica dos ocupantes, através de simulação numérica de colisões laterais. Desenvolve-se um estudo numérico detalhado sobre alguns dos materiais celulares com aplicação em sistemas de absorção de energia. Faz-se a caracterização do comportamento mecânico ao impacto da espuma de poliuretano, do IMPAXX™, da espuma de Alumínio e do micro-aglomerado de cortiça, recorrendo ao programa de elementos finitos LS-Dyna™. Os resultados obtidos relativamente à capacidade de absorção de energia mostram ser a espuma de poliuretano a que, globalmente, apresenta piores resultados. Para as mesmas condições de ensaio, o IMPAXX™, a cortiça e a espuma de Alumínio apresentam comportamentos bastante semelhantes e verifica-se que a espuma de Alumínio é o material com maior capacidade de absorção de energia, logo seguido pela cortiça. Já em termos de energia absorvida específica, estes materiais apresentam um comportamento bastante distinto, sendo o IMPAXX™ o que melhores resultados apresenta, seguido pela cortiça. Em termos de pico de aceleração de impacto, a espuma de poliuretano é a que apresenta valores mais elevados, seguida pelo IMPAXX™. A cortiça micro-aglomerada e a espuma de Alumínio apresentam valores mais reduzidos. A cortiça apresenta os melhores valores de pico de aceleração para valores elevados de energia inicial do impacto. Propõe-se um índice de desempenho que permite quantificar as prestações de cada material em termos de dissipação de energia de impacto. Na segunda fase deste trabalho, desenvolve-se um modelo simplificado da estrutura de um automóvel e do impactor utilizado na realização de crash tests de colisão lateral. Estuda-se numericamente a aplicação prática de cortiça micro-aglomerada confinada no interior da porta lateral do automóvel. Confrontam-se os resultados obtidos com e sem confinamento de cortiça no interior da porta. Observa-se uma significativa melhoria em termos de pico de aceleração, quando é implementado o padding, na ordem dos 89%. No que respeita à energia absorvida pela estrutura do automóvel, a diferença entre os resultados não é tão significativa, verificando-se, no entanto, um aumento de cerca de 9% de energia absorvida pela estrutura com cortiça confinada. Relativamente à intrusão no habitáculo do ocupante, verificam-se benefícios em cerca de 10%. ABSTRACT: Cork efficiency as a material dedicated to energy absorption under impact loading is studied in the present work, especially in terms of vehicle passive safety. The benefits of the attachment of micro-agglomerated cork padding in the side door’s interior, in terms of protection provided to the occupant pelvic area, is studied with numerical simulations of side impact crashes. Initially, a detailed numeric study on some cellular materials with application in energy absorption systems is developed. The mechanical behavior under impact loading of polyurethane foam, IMPAXX™, Aluminum foam and microagglomerated cork is studied, using the finite element method with LS-Dyna™. The results regarding energy absorption capacity show the polyurethane foam as the least convenient, in general. For the same simulation conditions, IMPAXX™, Aluminum foam and cork show a very similar behavior, being the Aluminum foam the material which presents the greatest results, followed by cork. However, in terms of specific energy absorption, these materials exhibit a considerably different behavior, being IMPAXX™ the one with better results followed by micro-agglomerated cork. In what concerns the acceleration peak results, polyurethane foam presents the highest values, followed by IMPAXX™. Micro-agglomerated cork and Aluminum foam show lower, thus, better results. For lower values of impact initial energy, micro-agglomerated cork is the one with the lowest peak acceleration values. A performance index is proposed for evaluating each material performance in terms of impact energy dissipation. In the second part of this work, a simplified model of the vehicle structure and impactor is developed, according to side impact crash tests’ configuration. A numerical study of the application of micro-agglomerated cork in the side door interior is developed. Results obtained with and without cork padding show a significant improvement in the peak acceleration value with padding implementation, of nearly 89%. In terms of absorbed energy by the vehicle structure, the difference is not as significant, though resulting in a 9% increase of absorbed energy by the structure with the cork padding included. Concerning the door intrusion it presents benefits of about 10%.