Schiuma metallica: meno rischi per la testa nei crash simulati

A 55 mph, il longherone anteriore tra il paraurti e il telaio di un’auto ha un compito preciso: deformarsi abbastanza da assorbire l’impatto, ma non trasmettere un carico grave all’abitacolo. Nelle simulazioni al computer dell’Università statale della Carolina del Nord, un longherone in schiuma metallica composita ha ridotto i carichi d’impatto e il rischio previsto di lesioni alla testa, mantenendo la stessa lunghezza e lo stesso peso del componente convenzionale.

Il design utilizza un tubo di alluminio attorno a un’anima d’acciaio realizzata in schiuma metallica composita, o CMF. Il materiale incorpora sfere metalliche cave in una matrice metallica. I longheroni convenzionali del confronto utilizzavano una sezione trasversale rettangolare — un lungo rettangolo cavo d’acciaio — oppure una sezione trasversale doppiamente ottagonale, realizzata impilando due ottagoni cavi d’alluminio.

Alla stessa velocità d’impatto di 55 mph, il CMF ha ridotto la decelerazione massima di circa il 38%, la gravità complessiva dell’incidente di circa il 45% e l’Head Injury Criterion, o HIC, di circa il 45% rispetto ai longheroni doppiamente ottagonali. Rispetto ai longheroni rettangolari, le riduzioni erano di circa 84%, 94% e 83%, rispettivamente. L’HIC è una misura della probabilità di una grave lesione alla testa, non un conteggio delle lesioni effettive.

Le simulazioni hanno inoltre indicato che un veicolo dotato di longheroni anteriori in CMF potrebbe viaggiare circa 34% più velocemente di uno con longheroni doppiamente ottagonali prima di raggiungere il limite critico di gravità dell’incidente, e circa 40% più velocemente prima di raggiungere il limite relativo alle lesioni alla testa. Rispetto ai longheroni rettangolari, le cifre corrispondenti erano circa 32% e 48%. Si tratta di risultati del modello: lo studio ha utilizzato una modellazione computazionale dettagliata basata su dati sperimentali sul CMF e su dati pubblici relativi ai materiali e ai design dei longheroni convenzionali.

Nel modello, il vantaggio pratico consiste in una minore gravità prevista dell’incidente senza un aumento della massa; Rabiei afferma che longheroni anteriori più corti potrebbero migliorare ulteriormente la sicurezza e l’efficienza dei consumi. Per i veicoli elettrici, i ricercatori vedono inoltre un possibile impiego nelle strutture di protezione dei pacchi batteria ad alta tensione, poiché il CMF ha dimostrato resistenza al calore e al fuoco. Rabiei afferma che i ricercatori sono disponibili a testare il design con case automobilistiche, fornitori e produttori di batterie; finché tali test non saranno effettuati, le percentuali descrivono prestazioni previste e non una protezione dimostrata su un’auto di serie.