Мне посчастливилось в течение нескольких лет владеть автомобилем Lotus Elise. Я любил эту машину, но в связи с переездом в США вынужден был ее продать. Одной из причин, почему мне так нравится этот автомобиль, является принцип, заложенный в его основе, – "эффективность благодаря малому весу". Уменьшение массы автомобиля вполне очевидно приводит к тому, что даже сравнительно небольшой двигатель обеспечит ему хорошую динамику. Уменьшение массы также означает, что нет необходимости в столь массивной подвеске, а ещё снижается количество работы, которую должна выполнять тормозная система. Снижение веса приносит огромную пользу.
Это очень благотворный путь. Уменьшение веса имеет комплексное влияние практически на все системы автомобиля. Должно быть, в последнюю очередь (учитывая, что это спортивный автомобиль) упоминалось такое преимущество, как небольшой расход топлива. Когда я ехал на Lotus Elise с постоянной скоростью по трассе, я мог легко добиться большей экономии топлива, чем на дизельном автомобиле C-класса.
Колин Чепмен (Colin Chapman), основатель и идеолог гоночной команды Lotus, говорил, что если что-то не ломается, то оно слишком много весит. Конечно, это не самый желательный принцип проектирования для современных инженеров.
Далеко не каждая компания занимается созданием спортивных автомобилей, но снижение веса всегда имеет свои преимущества. Некоторые из них довольно очевидны: уменьшение материала влечет за собой снижение стоимости изделий. Меньшая масса обеспечивает и другие косвенные преимущества: скажем, снижаются расходы на транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы, доставка товаров клиентам становится проще.
В последнее время часто говорят об энергоэффективности, и снижение веса, безусловно, играет в этом вопросе важную роль. Чтобы переместить что-либо, необходима энергия, чтобы остановить или повернуть что-либо, также необходима энергия. Чем большую массу имеет объект, тем больше энергии потребуется.
Ярким примером является то, что каждый фунт веса, отправленного в космос, обходится заказчику около 10 000$. Я не ожидаю, что читатели этой статьи массово обеспокоены тем, сколько стоит отправить что-либо в космос, но я имел удовольствие работать с теми, кого этот вопрос волнует. Более приземленный пример: стоимость доставки вашей посылки из Франции в Токио службой UPS составляет примерно 35 евро за кг. Стоимость практически любых грузоперевозок будет учитывать вес.
Очевидно, что создание более легких и тщательно продуманных деталей имеет много преимуществ, так что, стремясь к высокой энергоэффективности, этот аспект нельзя игнорировать. Приятным дополнением к обеспечению энергоэффективности является снижение затрат на материалы, доставку и прочие косвенные положительные эффекты!
Для создания более лёгких изделий зачастую целесообразно изменить материал. Уход от испытанных временем металлических деталей, изготавливаемых из прутков и плит, может быть слишком проблемным для разработчика. Инженеры уже привыкли к традиционным приёмам снижения веса: скажем, они используют более тонкие листы или добавляют вырезы в детали. Полная замена используемых материалов или переход на новый производственный процесс – такой как укладка композиционных материалов – может оказаться слишком радикальным шагом.
Свойства каждой композитной детали в значительной степени зависят от ориентации и количества слоев материала. Программное обеспечение помогает определить необходимое количество слоев в различных частях детали для получения требуемых механических свойств.
Когда речь заходит о процессе отверждения композиционной детали, возникают дополнительные сложности. Горячая полимеризация может привести к изменению формы детали и отклонению размеров от установленных.
Всё это создаёт впечатление, что для получения более легкой детали нужно приложить много усилий. Но, как я уже отметил ранее, потенциальные преимущества от снижения веса весьма обширны. Поскольку стоимость энергии продолжает расти, я уверен, что в будущем мы увидим все более и более легкие детали, и, конечно, более легкие спортивные автомобили.
Источник: http://www.ansys-blog.com/lightweighting/
Автор: Richard Mitchell