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At 55 mph, the front rail between a car’s bumper and chassis has a narrow job: deform enough to absorb impact, but not pass a severe load into the passenger compartment. In North Carolina State University’s computer simulations, a composite metal foam rail reduced predicted crash loads and head-injury risk while keeping the same length and weight as the conventional part.
A 55 mph, el larguero delantero situado entre el parachoques y el chasis de un automóvil tiene una función muy concreta: deformarse lo suficiente para absorber el impacto, pero sin transmitir una carga grave al habitáculo. En las simulaciones informáticas de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, un larguero de espuma metálica compuesta redujo las cargas previstas del choque y el riesgo de lesiones craneales, manteniendo la misma longitud y peso que la pieza convencional.
The design uses an aluminum tube around a steel core made from composite metal foam, or CMF. The material embeds hollow metal spheres in a metallic matrix. Conventional rails in the comparison used either a rectangular cross-section—a long, hollow steel rectangle—or a double-octagonal cross-section made from two hollow aluminum octagons stacked together.
El diseño utiliza un tubo de aluminio alrededor de un núcleo de acero fabricado con espuma metálica compuesta, o CMF. El material incorpora esferas metálicas huecas en una matriz metálica. Los largueros convencionales de la comparación utilizaban una sección transversal rectangular —un rectángulo largo de acero hueco— o una sección transversal de doble octógono, formada por dos octógonos huecos de aluminio apilados.
At the same 55 mph impact speed, CMF reduced maximum deceleration by about 38%, overall crash severity by about 45% and the Head Injury Criterion, or HIC, by about 45% versus double-octagonal rails. Versus rectangular rails, the reductions were about 84%, 94% and 83%, respectively. HIC is a measure of the likelihood of serious head injury, not a count of actual injuries.
A la misma velocidad de impacto de 55 mph, la CMF redujo la desaceleración máxima alrededor de un 38 %, la severidad general del choque alrededor de un 45 % y el Head Injury Criterion, o HIC, alrededor de un 45 % frente a los largueros de doble octógono. Frente a los largueros rectangulares, las reducciones fueron de aproximadamente un 84 %, un 94 % y un 83 %, respectivamente. El HIC es una medida de la probabilidad de sufrir una lesión craneal grave, no un recuento de lesiones reales.
The simulations also indicated that a vehicle with CMF front rails could travel about 34% faster than one with double-octagonal rails before reaching the critical crash-severity limit, and about 40% faster before reaching the head-injury limit. Against rectangular rails, the corresponding figures were about 32% and 48%. Those are model outputs: the study used detailed computational modeling based on experimental CMF data and publicly available data for conventional rail materials and designs.
Las simulaciones también indicaron que un vehículo con largueros delanteros de CMF podría circular aproximadamente un 34 % más rápido que uno con largueros de doble octógono antes de alcanzar el límite crítico de severidad del choque, y aproximadamente un 40 % más rápido antes de alcanzar el límite de lesiones craneales. Frente a los largueros rectangulares, las cifras correspondientes fueron de aproximadamente un 32 % y un 48 %. Son resultados del modelo: el estudio utilizó un modelado computacional detallado basado en datos experimentales sobre CMF y en datos públicos sobre los materiales y diseños de los largueros convencionales.
In the model, the practical gain is lower predicted crash severity without added mass; Rabiei says shorter front rails could still improve safety and fuel efficiency. For electric vehicles, the researchers also see a possible role in structures protecting high-voltage battery packs, since CMF has demonstrated resistance to heat and fire. Rabiei says the researchers are open to testing the design with automakers, suppliers and battery manufacturers; until those tests happen, the percentages describe predicted performance rather than protection demonstrated in a production car.
En el modelo, la ventaja práctica es una menor severidad prevista del choque sin aumentar la masa; Rabiei afirma que unos largueros delanteros más cortos aún podrían mejorar la seguridad y la eficiencia del combustible. En los vehículos eléctricos, los investigadores también ven una posible función en las estructuras que protegen los paquetes de baterías de alto voltaje, ya que la CMF ha demostrado resistencia al calor y al fuego. Rabiei afirma que los investigadores están dispuestos a probar el diseño con fabricantes de automóviles, proveedores y fabricantes de baterías; hasta que se realicen esas pruebas, los porcentajes describen un rendimiento previsto, no una protección demostrada en un automóvil de producción.