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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, 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.