Ти си тук

Усъвършенстваните материали са от съществено значение за повишаване на разхода на гориво на съвременните автомобили, като същевременно запазват безопасността и производителността. Тъй като отнема по-малко енергия за ускоряване на по-лек обект, отколкото по-тежък, леките материали предлагат голям потенциал за повишаване на ефективността на превозното средство. 10% намаление на теглото на автомобила може да доведе до 6% -8% подобрение на икономията на гориво. Замяната на чугун и традиционни стоманени компоненти с леки материали като високоякостна стомана, магнезиеви (Mg) сплави, алуминиеви (Al) сплави, въглеродни влакна и полимерни композити може директно да намали теглото на каросерията и шасито на автомобила с до 50 процента и следователно намаляват разхода на гориво на превозното средство. Използването на леки компоненти и високоефективни двигатели, активирани от усъвършенствани материали в една четвърт от флота на САЩ, може да спести повече от 5 милиарда галона гориво годишно до 2030 г.

леки

Използвайки леки конструктивни материали, автомобилите могат да носят допълнителни усъвършенствани системи за контрол на емисиите, предпазни устройства и интегрирани електронни системи, без да увеличават общото тегло на автомобила. Въпреки че всяко превозно средство може да използва леки материали, те са особено важни за хибридни електрически, вградени хибридни електрически и електрически превозни средства. Използването на леки материали в тези превозни средства може да компенсира теглото на енергийните системи като батерии и електрически двигатели, подобрявайки ефективността и увеличавайки изцяло електрическия им обхват. Като алтернатива, използването на леки материали може да доведе до нужда от по-малка и по-евтина батерия, като същевременно поддържа изцяло електрическата гама от включени превозни средства постоянна.

Изследванията и разработките на леки материали са от съществено значение за намаляване на разходите им, увеличаване на способността им да бъдат рециклирани, позволяващи интегрирането им в превозни средства и максимизиране на ползите от тяхната икономия на гориво.

Службата за автомобилни технологии (VTO) работи за подобряване на тези материали по четири начина:

  • Подобряване на разбирането на самите материали чрез моделиране и изчислителни материали
  • Подобряване на техните свойства (като якост, твърдост и пластичност)
  • Подобряване на тяхното производство (материални разходи, производствена норма или добив)
  • Разработване на сплави от съвременни материали

В краткосрочен план замяната на тежки стоманени компоненти с материали като високоякостна стомана, алуминий или полимерни композити, подсилени със стъклени влакна, може да намали теглото на компонентите с 10-60 процента. Учените вече разбират свойствата на тези материали и свързаните с тях производствени процеси. Изследователите работят, за да намалят разходите си и да подобрят процесите на съединяване, моделиране и рециклиране на тези материали.

В дългосрочен план усъвършенстваните материали като подсилени с магнезий и въглеродни влакна композити могат да намалят теглото на някои компоненти с 50-75 процента. Службата работи за увеличаване на познанията ни за химичните и физичните свойства на тези материали и за намаляване на разходите им.

Инструменти за изследване

По-нататъшното разработване на усъвършенствани материали изисква повишаване на нашето разбиране за техния състав и морфология. Докато миналите изследвания използват физически експерименти за по-добро разбиране на конвенционалната стомана и алуминий, изчислителните материали могат да ускорят процеса чрез симулиране на експерименти. Науката за изчислителните материали трябва да предлага на пазара модерни материали като магнезий много по-бързо от материалите в миналото. Изследователите могат също да използват изчислителни подходи за създаване на проекти на превозни средства, които максимизират потенциала на тези материали.

За да подобри тези инструменти, VTO работи с инициативата за генома на материали, междуведомствено усилие, което подкрепя намаляването на времето, необходимо за разработване на усъвършенствани материали и структури чрез интегрирани изчисления, експерименти и данни. Работата, подкрепена от VTO, разработи изчислителни инструменти, които позволиха подобрения в методите за свързване, предотвратяване на корозия и прогнозни модели.

Партньорства, цели и резултати

VTO ​​също така работи с Националните лаборатории на DOE, Усъвършенствания производствен офис на EERE и чрез редица други междусекторни партньорства между правителството и индустрията за леки материали:

  • американското DRIVE партньорство, фокусирано върху лекотоварни превозни средства
  • партньорството за камиони на 21-ви век, фокусирано върху тежкотоварните превозни средства
  • Американското партньорство за автомобилни материали (USAMP)

Тези изследвания и разработки се фокусират върху постигането на следната цел: до 2015 г. да се потвърди способността за намаляване на теглото на каросерията на пътническия автомобил и системата на шасито с 50% в сравнение с превозно средство от 2002 г. Това намаление трябва да бъде рентабилно, а материалите също да могат да се рециклират.

Резултатите от тези дейности за научноизследователска и развойна дейност се описват ежегодно на годишната среща за оценка на заслугите и партньорска оценка и в годишния доклад за напредъка. Освен това подпрограмата „Материали“ беше домакин на семинар за леки и задвижващи материали през март 2011 г. в Диърборн, Мичиган, за да разбере нуждите на индустрията и технологичните пропуски. Тези доклади служат като еталон за съвременните съвременни технологии, както и технически цели в тези области: Технически изисквания и пропуски за леки превозни средства и пропуски за леки и задвижващи материали и камиони и Технически изисквания и пропуски за тежкотоварни превозни средства Леки и задвижващи материали.

ЛЕКИ МАТЕРИАЛИ ПРОЕКТИ

Изследователите представят резюмета на своите проекти, подкрепени от VTO, в Годишния преглед на заслугите и партньорската оценка. Избрани презентации за научноизследователска и развойна дейност в областта на леките материали от Преглед на заслугите за 2014 г .:

Вижте презентации за годишен преглед на заслугите в базата данни за представяне на прегледите на заслугите.