Uno studio della North Carolina State University rileva che la schiuma metallica composita potrebbe migliorare significativamente la sicurezza delle automobili durante gli scontri frontali.
I ricercatori della North Carolina State University hanno pubblicato uno studio in cui rilevano che la schiuma metallica composita (CMF) potrebbe migliorare significativamente la sicurezza delle automobili durante le collisioni frontali. Utilizzando modelli computazionali per eseguire simulazioni dettagliate, gli scienziati hanno scoperto che l’integrazione della CMF nei longheroni anteriori delle automobili consentirebbe loro di assorbire più energia durante gli impatti ad alta velocità.
Le CMF sono schiume composte da sfere cave, realizzate in metalli o leghe come l’acciaio, incorporate in una matrice metallica. Il materiale risultante è al tempo stesso leggero e straordinariamente resistente nell’assorbire forze di compressione e d’impatto, con potenziali applicazioni che spaziano dalle ali degli aerei alle blindature dei veicoli fino ai giubbotti antiproiettile: “La CMF è più leggera dei metalli convenzionali senza sacrificarne la resistenza, e il nostro lavoro dimostra che la sua struttura unica le consente di assorbire meglio l’energia durante gli impatti ad alta velocità. Questo è importante perché rallenta la velocità di decelerazione di un veicolo durante un incidente, e rallentare la decelerazione migliora la sicurezza di guidatore e passeggeri” afferma Afsaneh Rabiei, autrice principale dello studio e professoressa di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la North Carolina State University.
Durante un impatto frontale ad alta velocità, il sistema paraurti di un’automobile trasferisce l’energia dell’impatto ai longheroni anteriori, progettati per assorbirla. Questi longheroni anteriori sono progettati per deformarsi in modo da limitare la quantità di energia trasferita alle persone all’interno del veicolo e per impedire che il veicolo deceleri troppo rapidamente. Se la decelerazione è troppo brusca, gli occupanti del veicolo possono subire gravi lesioni, comprese lesioni alla testa.
Due tipologie comuni di longheroni anteriori nei veicoli commerciali sono quelle a “sezione rettangolare” e a “doppia sezione ottagonale”. I longheroni a sezione rettangolare sono lunghi rettangoli cavi in acciaio. I longheroni a doppia sezione ottagonale sono costituiti da due lunghi ottagoni cavi in alluminio sovrapposti.
I tes sui longheroni
Gli ingegneri della North Carolina State University hanno confrontato le prestazioni dei longheroni anteriori convenzionali con quelle di longheroni anteriori costituiti da un tubo di alluminio con un’anima di schiuma metallica composita d’acciaio. I longheroni anteriori di schiuma metallica composita hanno permesso al veicolo di resistere a velocità d’impatto molto più elevate prima di raggiungere i limiti critici di sicurezza. Rispetto ai longheroni anteriori convenzionali a doppio ottagono, il veicolo poteva viaggiare circa il 34% più velocemente prima di raggiungere il limite critico di gravità dell’impatto e circa il 40% più velocemente prima di raggiungere il limite di lesioni alla testa. Rispetto ai longheroni anteriori rettangolari, tali limiti sono aumentati rispettivamente di circa il 32% e il 48%: “Le barre CMF hanno superato le barre convenzionali in tutti i test. E maggiore è la velocità, migliori sono le prestazioni delle barre CMF rispetto alle barre anteriori convenzionali. Il confronto delle prestazioni delle barre anteriori durante un impatto a 88 km/h (55 mph) offre una buona panoramica delle differenze tra i due design” afferma Rabiei.
I vantaggi dei longheroni di schiuma metallica composita d’acciaio
Insieme alla già dimostrata resistenza al calore e al fuoco della CMF, i nuovi risultati indicano anche potenziali applicazioni nei veicoli elettrici, incluse strutture progettate per proteggere i pacchi batteria ad alta tensione dai danni causati dagli urti.
E la maggiore sicurezza non richiede di sacrificare l’efficienza dei consumi: i longheroni anteriori di CMF avevano la stessa lunghezza e lo stesso peso dei longheroni anteriori convenzionali con cui venivano confrontati.
“Questo significa anche che si potrebbe ridurre la lunghezza dei longheroni anteriori, migliorando comunque la sicurezza e rendendo i veicoli più efficienti dal punto di vista dei consumi” afferma Rabiei, che aggiunge: “Siamo aperti a collaborare con l’industria automobilistica per condurre test su longheroni che utilizzano la schiuma metallica composita nei loro attuali progetti di longheroni anteriori, o per sviluppare nuovi progetti di longheroni che utilizzino la schiuma metallica composita per migliorare la sicurezza e l’efficienza dei consumi. Siamo inoltre interessati a collaborare con case automobilistiche, fornitori e produttori di batterie per valutare le strutture basate su CMF per veicoli elettrici, compresi i sistemi di protezione delle batterie. La combinazione di leggerezza, assorbimento dell’energia d’impatto e resistenza al calore e al fuoco della CMF crea opportunità per affrontare molteplici sfide di sicurezza dei veicoli con un singolo componente”.
Foto: Jie Sun
