PRUEBAS DE CHOQUE ( CRASH TEST)

PRUEBAS DE CHOQUE ( CRASH TEST)
Las estadísticas sobre gravedad y tipos de accidentes permiten determinar los
riesgos.
- Crash test = simulaciones de accidentes realizadas en laboratorio.
- Misión del crash test: determinar los fenómenos técnicos y físicos implicados en
la colisión y ver cómo se comporta la carrocería en caso de
impacto.
¿Con qué se realiza?
- Con dummies ( maniquís antropomórficos)
- Se hacen simulaciones con ordenador ( para evitar gastos) y las pruebas finales
son reales.
¿Qué se evalúa con los crash test?
- La eficacia global de seguridad pasiva.
- Se obtienen conclusiones (compañías aseguradoras) para ver la reparación a
realizar en función de la magnitud y orientación del golpe.
¿Cómo pueden ser las pruebas de choque?
- Parciales: sobre ciertos elementos del bastidor de forma independiente.
- Totales: prototipos enteros.
¿Qué se comprueba?
- Lo que ocurre si una carrocería es muy rígida.
- Lo que ocurre si una carrocería es fácilmente deformable.
¿Qué entidades o asociaciones realizan los crash test?
- Los fabricantes de vehículos.
- IIHS ( Insurance Highway Traffic Safety Administration)
- Euro NCAP (Europa New Cars Assessment Program).
- Comisión Europea y FIA/AIT ( agrupa a varios clubs automovilísticos europeos)
Test Euro NCAP:
- Colisión frontal sobre un obstáculo de calado (offset).
- Impacto lateral con una barrera móvil contra la puerta del conductor y contra el
pasajero.
- Pruebas de atropello.
- Prueba de choque trasero.
- Pruebas de verificación de los elementos de seguridad pasiva
Tipos de pruebas de choques:
- Forman parte fundamental en el diseño y la homologación del mismo.
Se tendrá en cuenta:
- Las distintas velocidades de los choques.
- Los diferentes obstáculos.
- De las características físicas de los ocupantes.
- Los fabricantes suelen realizar más de 40 tipos distintos de choques para
cada modelo.
- Las pruebas de choque se hacen en base al estudio de las estadísticas de
los tipos de choques más usuales.
- Así más de los 2/3 de los accidentes afectan a la parte delantera del
vehículo de forma frontal o oblicua.
Objetivos que se desean en las diferentes pruebas de impacto:
1- En los choques frontales: optimizar los refuerzos de la estructura portante y
conseguir unos métodos de retención adecuados.
2- En los choques laterales se intenta evitar la intrusión en el vehículo.
3- En vuelcos, limitar las deformaciones por aplastamiento del habitáculo.
4- En los choques traseros se estudia el comportamiento del reposacabezas y de
depósito de combustible y su circuito.
Prueba de impacto frontal.
- Representan las 2/3 partes de los accidentes.
- Se desarrolla con dos dummies en los asientos delanteros con sistema de
retención.
- Los maniquíes llevan sensores para medir las fuerzas y aceleraciones a que se
ven sometidas en un choque el toráx, cabeza, cuello, tibia y fémur.
- La Ec se transforma en Ed y la absorbe el paragolpes delantero del frontal e
incluso por la zona del salpicadero.
- La parte delantera se comprime de 40 a 70 cm.
- La columna de dirección ( colapsable ) como máximo se comprime 10 cm en
dirección al conductor.
Aspectos de seguridad que debe superar el vehículo en caso de choque frontal:
1- Durante el ensayo no se debe abrir ninguna puerta, ni accionar los sistemas de
bloqueo de la puertas delanteras.
2- Tras la colisión debe abrirse como mínimo una puerta delantera y una trasera
para sacar a los maniquíes.
3- El volante no se desplazará más de 80 mm hacia arriba ni 100mm hacia atrás.
4- Durante el choque no se desprenderá ninguna pieza a o componente interior que
pueda causar lesiones.
5- Sólo se admiten pequeñas fugas de combustible.
Una vez ocurrido el choque el habitáculo debe quedar intacto. Es decir:
- La zona de la pared frontal: dirección, pedales, panel de instrumentos.
- El suelo (hundimiento o inclinación de los asientos).
- La pared lateral ( apertura de las puertas en caso de accidente)
Prueba de impacto lateral.
- Son el 25% de los accidentes.
- Es difícil la protección de los ocupantes.
- Sólo se puede contar con reducido volumen deformable.
- Es importante la rigidez de las puertas, solidez de los largueros que las unen y
del techo. (determinan la resistencia del habitáculo).
- La máxima seguridad la proporcionan los asientos con sistemas de cinturón
integrado. Tienen una fuerte unión al piso y refuerzos.
- En este tipo de colisión el vehículo recibe un impacto perpendicular por el lado
del conductor. Verificando la resistencia de las puertas o los anclajes del
cinturón de seguridad.
- Hay dos variantes: Coche en marcha golpe con otro vehículo en marcha y coche
en marcha contra un objeto estático.
Los puntos resistentes estructurales se centran en:
- La resistencia estructural de la pared lateral ( uniones superiores e inferiores
de los montantes y fijación de las puertas a los montantes ).
- La capacidad de carga de los travesaños del piso y del asiento.
- El tipo de revestimiento interior de la puerta.
En el impacto lateral, la otra variante es un impacto lateral contra algo estático,
un poste:
- En ella además de verificarse la eficacia de los airbags laterales, se debe
conseguir que las puertas no cedan y transmitan de forma rígida los esfuerzos a
la estructura del vehículo.
- La prueba en este caso se realiza a 29 Km/h.
Prueba de impacto trasero.
- El vehículo recibe un impacto mediante una carretilla móvil deformable a una
velocidad de 35/38 Km/h.
- Las puertas deben poder abrirse, la tapa del maletero no debe meterse en el
habitáculo a través de la luneta trasera y no debe haber fugas de combustible.
- Una variante de esta prueba un impacto delantero o trasero a baja velocidad
( 8 Km/h) contra un poste rígido. Aquí se presta atención a: paragolpes trasero,
travesaño y capó trasero.
Prueba de vuelco. (roll-over test)
- Pone a prueba la rigidez del techo.
- Consiste:
- En lanzar un vehículo a 50 Km/h por un mecanismo de arrastre hasta un plano
inclinado situado en uno de los lados de rodadura, provocando el vuelco.
- Una caída libre desde 50 cm de altura sobre la esquina delantera izquierda del
techo.
- El techo y los montantes deben tener una rigidez óptima
-Test estático de aplastamiento: Se aplican fuerzas de compresión aplicadas
sobre los montantes (largueros del techo) para ver su resistencia y grado de
deformabilidad.
Prueba de prevención contra el riesgo de incendio:
- Se realiza por:
- El elevado número de componentes eléctricos/ electrónicos.
- La presión de circulación de combustible.
- Test de pérdida de combustible: Es una prueba de vuelco estático
para identificar e eliminar pérdidas de combustible.
Prueba de atropellos a peatones:
- Uso de maniquíes en forma adulta y niños.
- La colisión se produce a 40 Km/ h.
- Se estudian los daños en función del perfil del vehículo.
–
Los maniquíes:
- Uso de maniquíes “biofieles” que simulan las reacciones del cuerpo humano en
caso de accidente.
- Presentan diferencias en cuanto sexo y edad.
- Misión: Dar a los técnicos información para mejorar la estructura portante y de
los sistemas de sujeción. Deben calibrarse con frecuencia.
- Sensores: miden datos durante la realización de los choques y los transmiten a
los equipos de registro.
Tipos:
- Hybrid III
- Thor
- Dummies para ensayos concretos Ej: ES-2 para impactos laterales.
Hybrid III:
- Esqueleto de acero y goma ( lleva Al, latón y fundición).
- Cabeza de Al cubierta de goma.
- En el interior tiene 3 acelerómetros dispuestos en los tres ejes espaciales
(X,Y,Z) que dan datos de fuerza y aceleración dando información de los daños
que provocan en el cerebro tras la colisión.
- El tórax, las costillas son de acero, con grabación.
Thor:
- Es la evolución del anterior.
- Posee más de cien canales de datos.
Targets:
- Van en la cara y diferentes partes del cuerpo
- Son unas cuadrículas adhesivas amarillas y negras
- Misión: determinar durante la filmación cuál ha sido el desplazamiento de ese
punto en concreto.
El uso de las targets se complementa con:
- En pilotos reales con la digitalización de los mismos.
- Con superordenadores los accidentes digitales.
- Para el uso de esta combinación hay que utilizar el maniquí virtual NUM recoge
datos del comportamiento humano en un accidente simulado por ordenador.
Las instalaciones para las pruebas de crash test
Instalaciones especiales con los siguientes medios:
- Equipo de guiado del vehículo.
- Equipo de fotografía/vídeo.
- Equipo de iluminación.
- Equipos de impacto.
- Cabina de mando.
- Cabina de medición.
–
Secuencia habitual:
1- Calibrar los dummies y preparar la instrumentación.
2- Colocar las targets o colorear en zonas determinadas en función del tipo de
análisis a realizar.
3- Instalar los elementos de medición y registro sobre el vehículo.
4- Ubicar los maniquíes en los asientos correspondientes, controlando su posición
para recoger bien los datos.
5- Iluminación y colocación de las cámaras de filmación en función del choque.
- Instalaciones especiales con los siguientes medios:
- Equipo de guiado del vehículo.
- Equipo de fotografía/vídeo.
- Equipo de iluminación.
- Equipos de impacto.
- Cabina de mando.
- Cabina de medición.
Conclusión de la normas Europeas:
- Un coche se considera seguro cuando tras una colisión frontal, las posibilidades del
conductor de sobrevivir sin costillas rotas ni lesiones internas son superiores al 50%
1.3. CARROCERÍAS: FABRICACIÓN Y MATERIALES EMPLEADOS.
1.3.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS FACTORÍAS.
El área de estampación de una factoría puede constar de:
- 5 líneas de prensa grandes. Transfer= 50 m de largo 12m de alto y 10m de ancho.
- 1 línea de prensa pequeña.
- 1 desapilador alimentador de doble efecto.
- 5 robots inter-prensas de extracción y alimentación.
* El área de ensamblado de las distintas piezas
distribuidas en zonas diferenciadas:
se
realiza en instalaciones
- Áreas o líneas dedicadas a los elementos amovibles de la carrocería: puertas,
capó, portón.
- Áreas dedicadas a elementos o subconjuntos integrantes de la carrocería:
plataformas, paneles laterales.
- Área dedicada a la conformación y soldadura de la carrocería. Donde se unen
grandes subconjuntos. Ej: techo.
- Área de acabado donde se les añade los elementos por separado.
En el ensamblado de las distintas piezas se emplea mayoritariamente la soldadura
por resistencia. Pero hay otros métodos de unión:
- Soldadura láser.
- Piezas pegadas.
- Soldadura de latón.
Soldadura láser:
- Sólo se hace en fábrica.
- Usos: unir techo a los montantes.
- Mejora la resistencia estática y dinámica de las uniones y en zonas en la que se
dispone sólo de acceso por un lado.
- Aumenta la rigidez.
- Afecta a una zona pequeña, las propiedades varían poco.
- Propiedades anticorrosivas.
- Reducción de ruidos.
-En el caso de diferentes espesores permite optimizar las zonas a reforzar.
Uniones pegadas:
- Con las soldaduras se produce la concentración local de esfuerzos ( tensiones ).
- Con las uniones pegadas se consigue que las transmisión de tensiones se reparta.
- Los más usados son los epoxi bicomponentes, porque son resistentes al ataque
químico, tienen un buen comportamiento mecánico y se aplican bien.
- Tienen mucha resistencia a la cizalladura y los esfuerzos de tracción.
Soldadura de latón:
Es una soldadura continua en atmósfera de gas protector y cuyo material de
aportación es el latón (Cu + Zn).
En general los conjuntos en que puede dividirse una carrocería son cinco:
-Paneles exteriores.
- Armazón central y posterior.
- Armazón anterior o delantero.
- Armazón de piso.
- Puertas, capó y otras piezas.
1.3.2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE
CARROCERÍAS.
La resistencia y la capacidad de absorción de energía depende de :
- Los materiales con los que se fabrique.
- Del espesor de los componentes.
- De la forma de los componentes.
Los materiales más utilizados son:
- El acero.
- El aluminio.
- Los plásticos.
- El Magnesio (Mg)
El acero:
Los espesores más comunes en carrocerías:
. 0,5 mm y 3mm.
. La parte principal chapas de 0,8 a 1,0 mm
Propiedades del acero:
- Tiene excelentes características mecánicas:
. En cuanto rigidez.
. Resistencia.
. Aptitud para el mecanizado.
. Conformación plástica.
- Su obtención en bastante barata.
- Para mejorar sus propiedades químicas y termomecánicas se le añaden
aleaciones de Si, Mn, P.
- En los aceros de alta resistencia se usan aleaciones de Ti Nb, Cr y B.
* Clasificación de los aceros:
–
Aceros convencionales de conformación en frío.
–
Aceros convencionales laminados en caliente.
–
Aceros de alto límite elástico ( ALE) o de HSS alta resistencia.
–
Los HSLA Aceros de alta resistencia y baja aleación.
–
Aceros de muy alto límite elástico (MALE).
–
AHSS son aceros avanzados de alta resistencia.
–
UHSS son Aceros de ultra alta resistencia.
–
UHSLA son Aceros ultrarresistente de baja aleación.
* Los aceros de alta resistencia y baja aleación son más baratos que los aceros
aleados convencionales.
* La diferencia fundamental entre un acero convencional y los de alta resistencia
está en aspectos como:
- La resistencia a la tracción o presión de ruptura ( es la carga máxima alcanzada
durante el esfuerzo a tracción).
- Cuando se supera el valor del límite elástico las deformaciones son
permanentes.
Clasificación en función a la tracción:
- Aceros convencionales: Hasta 210 N/mm²
- Aceros de alta resistencia: De 210 a 550 N/mm²
- Aceros de muy alta resistencia: A partir 550 N/mm²
* Resaltar los Bake –hardening: (más actuales)
- Son fácilmente embutibles antes de recibir el tratamiento térmico que
modificará su elasticidad.
- Una vez ensamblada la carrocería y tras la cataforesis, se mete a un horno a 180º
para el secado, el acero varía su estructura molecular, aumentando el límite
elástico.
El Aluminio: Se obtiene de la bauxita.
* Ventajas:
- Más ecológico, por ser reciclable en un 100%.
- Pesa menos, menor peso específico, menor consumo.
- Más seguro al tener una deformación controlada
- Excelente relación resistencia mecánica-peso.
- No es tóxico.
* Sin embargo presenta un aleación difícil para la construcción de la carrocería del
vehículo.
* Existe un sistema llamado Space Frame con la que es posible fabricar en serie la
carrocería : consta de perfiles extruidos de Al, unidos mediante nudos de fundición
a presión en vacío.
* No se puede trabajar en un mismo taller con Acero y Aluminio (no usar las mismas
herramientas) por contaminación.
El Plástico
* Se usa tanto para elemento interiores (salpicadero) como exterior (retrovisores).
* Su uso en carrocería es limitado, solo en aplicaciones deportivas, prototipos. Con el
uso de fibra de carbono y kevlar ( poliparafenileno tereftalamida es una poliamida
sintetizada).
* El uso del plástico en vehículos de serie se ve condicionado por su capacidad de
resistencia al impacto.
* ¿ Cuáles son las cualidades que hacen que los plásticos sean idóneos en la
construcción de carrocerías ?.
- Excelente aptitud para el moldeado.
- Gran ligereza
- No corrosión.
- Alta inalterabilidad a los cambios de Tª.
- Alto límite elástico.
- Gran resistencia a la gasolina, grasa y aceites.
- Buen reciclaje
El Magnesio
- Metal que tiene gran ligereza en relación con el volumen.
- Rigidez óptima.
- Pesa un 60% menos que el acero.
- Como tiene poca resistencia a la flexión, a la maleabilidad, Tª elevadas y a la
corrosión, se tiene que recurrir a las aleaciones.
* Usos: en la fabricación de piezas.
Ej: el travesaño de sujeción del salpicadero, bastidores de asientos, aros de
volantes, llantas.
El Acero inoxidable.
- Su uso era en tubos de escape. Es interesante en estructuras por su bajo peso.
- Capacidad anticorrosiva.
- Mayor nivel de resistencia que el acero.
- Buenas propiedades de ductilidad y reparabilidad.
- Precio excesivo
Nuevos materiales
* Los llamados materiales activos o metales de memoria.
- Tienen la característica fundamental del cambio que experimentan como respuesta
a determinados estímulos controlados.
- Así tienen propiedades variables y cambios automáticos de formas.
* Ej: Aleación de Ni y Ti. Si se calienta tras sufrir una deformación recupera
casi su forma original.
Tendencias en el uso de materiales.
- El acero sigue siendo el material más usado.
- Se tiende a la construcción “Híbrida” de la carrocería.
- No todas las piezas tienen el mismo espesor:
* Largueros, traviesas, pilares ….. 1,2 a 2 mm
* Capos, puertas, aletas………. 0,7 a 0,8 mm
1.3.3 Nuevas técnicas de fabricación:
1- El Tailored blank
2 - Hidroconformación
3 - La tecnología híbrida.
4 - Paneles tipo “ Sandwich”.
El Tailored blank
* Son componentes de una sola piezas con un diseño complejo.
* Combina aceros de varios espesores, recubrimientos y diferente grado de
resistencia.
* Los distintos aceros se sueldan ( láser ) para obtener un solo desarrollo a partir
del cual se conforma la pieza.
* Ventaja: coloca con precisión varios aceros diferentes dentro de la pieza, para
reforzar la cualidades.
Pero ¿Cuál es la diferencia entre un método tradicional y el método tailored
blank?
Por ejemplo la conformación de un lateral completo:
* Método tradicional: se usan los aceros para fabricar pilar A,B,C, largueros del
piso y techo. Las láminas de acero se cortan, se pliegan, se embuten y finalmente se
estampan. Luego se unen por soldadura.
* Método Tailored Blank: Las láminas se sueldan (láser) antes de ser estampadas
formando una matriz. La matriz a estampación se obtiene una pieza rígida, que luego
se une al chasis.
La hidroconformación
* Es un proceso de conformación plástica en frío, que usa un fluido hidráulico para
transmitir energía.
- Usos: Montantes, largueros, traviesas.
* Se basa en la expansión de un tubo recto de chapa de acero en un molde (matriz
cerrada) con la forma que se desea para el tubo.
* Resulta una alternativa a métodos convencionales por:
- Gran estabilidad en dimensiones.
- Alto límite elástico al realizarse en frío.
- Se alcanza mayor calidad superficial al evitar el contacto de metal con metal.
- Mejora la corrosión (sin soldadura)
- Se consigue una reducción del peso.
Ejemplo larguero del techo (montante):
- Se consigue reducir el peso de dos formas diferentes:
* Se disminuye el tamaño de la sección de la pieza al eliminar la necesidad de
disponer de pestañas.
* Se distribuyen las cargas de una forma mucho más eficiente en función de las
prestaciones estructurales y la conducción de la energía en caso de choque.
Tecnología híbrida
* Consiste en fabricar un componente combinado con dos materiales de distinta
naturaleza, aprovechando las características que cada uno aporta.
- Se usa: Metal ( Acero o Al) + plástico ( termoplástico).
. Acero: resistencia, ductilidad.
. Plástico: rigidez, conformación
- Se hace por moldeo por inyección:
* En el molde se coloca el armazón metálico ya terminado.
* Luego se inyecta el plástico. Este fluye a través de la pieza y de los
taladros que se han hecho dando lugar a la unión mecánica de ambos
materiales.
Los paneles tipo Sándwich
* Es un material que consta de un núcleo termoplástico ( PP ) en un sándwich de dos
recubrimientos de Al o acero de bajo espesor.
- Se consigue una reducción de peso.
- Sándwich de Al para los techos rígidos de los modelos convertibles.
- Sándwich de acero en la chapa del salpicadero.
* Más recientes las estructuras :
–
LWRT:
* Es un material compuesto sintético (termoplástico reforzado) más liviano que los
otros plásticos.
- Mejora de las propiedades acústicas.
- Protección contra agua e impactos de piedrecitas.
* Usos. En piezas exteriores de la carrocería.
* Fabricación:
Uso de un procedimiento especial para recubrir con una lámina termoplástica ambos
lados de una capa central de termoplástico reforzado con fibra de vidrio. Luego se
somete a temperaturas elevadas y dando presión se le da la forma.
El material que luego va a ser atornillado a la carrocería y los cantos , se prensa el
material para compactarlo.
- NOMEX :
* Está formado por una capa intermedia en forma de nido de abeja y unas capas
exteriores de fibra de carbono y kevlar.