5 april 2017 Vandaag uw gastheer bij - HAN University of ...specials.han.nl/sites/automotive-research/about... · high-tech embedded systemen. IX35: Monitoring van 3 Hyundai‘six35

Vandaag uw gastheer bij

SEMINAR

Multimaterialen voor de ontwerper

en constructeur

5 april 2017

WELKOM

1

HAN Automotive Research als partner in onderzoek.

5 april 2017

Dr. P.A. Veenhuizen

lector

•

6

R&D Services:

I - MobilityModeling

Control

Systems

Monitoring

TestingStructural

design

Prototyping

Faciliteiten

Wepods: pilot met 2 zelfrijdende elektrische voertuigen

Fast & Curious: betaalbare en flexibele tools en modellen die toepasbaar zijn in innovatieve high-tech embedded systemen.

IX35: Monitoring van 3 Hyundai‘s ix35 FCEV, in opdracht van Rijkswaterstaat en degemeente Arnhem.

Intemas: ontwerpen van een Energie Management Systeem voor (elektrisch) Hybride aandrijvingen van transportmiddelen.

Projecten (voorbeelden)

Life: Lichtgewicht construeren van trailers

www.hanautomotiveresearch.nl

HANAR en MKB

• Betaalde opdrachten

• Opdrachten met studentinzet

• Gesubsidieerd onderzoek

• Nieuw: bedrijfsparticipatie: gezamenlijk onderzoek doen, met docent- en studentinzet

2

Chapter 9 -

Multimaterialen voor Ontwerper en Constructeur

[email protected]

Het multimaterialenconcept:

achtergrond, geschiedenis, & resultaten

Chapter 9 -


Chapter 9 -


Chapter 9 -


Chapter 9 -


Staal of ...

• Ford: Aluminium en hout in Model T (1909).

• De Havilland Mosquito: Multiplex monocoque (1940).

• GM: Glasvezelpanelen in de Corvette (1953), vanaf eind jaren 60 SMC.

• IFA F8 (voorheen DKW F8): duroplast en hout (1953).

• Trabant: duroplast (1957).

• Honda NSX: volledig aluminium (1991).

• GM: magnesium spuitgietdelen in de Chevrolet Express (1996).

Chapter 9 -


Motivatie multimaterialen:

• kosten;

– toeleveranciers.

• maakbaarheid;

– productieprocessen, geometrie, seriegrootte.

• beschikbaarheid.

• recyclebaarheid.

• prestaties:

– veiligheid,

– lichtgewicht.

Chapter 9 -


Motivtie lichtgewicht:

• brandstofverbruik

– uitstoot broeikasgassen, fijnstof, enz.

– milieu

• kosten

– minder materiaal

• rijgedrag

– snelheid, versnelling

• meer lading

Chapter 9 -


Timeline MM:

• 1972 “De grensen aan de groei”

• 1973 Eerste oliecrisis, 1979 Tweede oliecrisis

• 1988 IPCC

• 1990 IPCC first assessment report

• 1992 Klimaatverdrag

• 1993-2001 PNGV

• 1994 - 1998 ULSAB

• 2004 - 2008 Next Generation Vehicle

• 2005 - 2009 SuperLightCar

• 2012 - 2016 ENLIGHT Enhanced Lightweight Design

• 2013 – 2020 US Drive: Materials Technical Team Roadmap

• 2013 BMW i3

• 2015 BMW 7

Chapter 9 -


Resultaten ULSAB:

• 203 kg

• 25% reductie

Chapter 9 -


Resultaten SuperLightCar:

• 180 kg

• 35 - 40% reductie

Chapter 9 -


BMW:

i3 & 7 serie

Chapter 9 -


Enablers:

• Moderne materialen

– AHSS, Boorstaal

– koolstofvezelversterkte kunstoffen

• Productiemethoden

– verbindingstechnologie

– logistiek

• Moderne ontwerpmethoden

– Eindige Elementen Methode

3

Schadeherstelbedrijf van de toekomst (BRSoT)2014

Projectteam

René Gerritsen / Nick den Uijl / Niels van Groningen / Toin Peters

Het “BRSoT” onderzoek:

• Fase1:

Welke technische ontwikkelingen zijn relevant voor schadeherstelbedrijven?

Conclusie:

Onderzoek is technisch, problematiek economisch

Veranderingen niet alleen door techniek gestuurd

Technisch geen “revolutie” maar “Evolutie”

Materialen & verbindingen:

• Toenemende complexiteit door combinatie van verschillende materialen en verbindingstechnieken

Lichtgewicht; downgauging

Toename boorstaal & AHSS

voor specifieke toepassingen

Aluminium / composieten voor sluitdelen

Continue/discontinue verbindingen: weerstandspuntlassen

laserlassen

lijmverbindingen

puntlas-lijm combinaties

Elektronica:

• Toename van componenten

Comfort, veiligheid en Milieu

CAN, VAN, LIN & MOST

WiFi, Bleuthooth

Detectie

Inleren, calibreren

http://www.google.nl/url?sa=i&rct=j&q=parking+assistant+ford+focus&source=images&cd=&cad=rja&docid=l6bPy1eGoo-sZM&tbnid=Q-bF_SluRmzoGM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.fordmediacenter.nl/persbericht/meer-dan-100-000-orders-voor-active-park-assist-productie-handsfree-fileparkeersysteem-verdrievoudigd/213/&ei=OIvQUeH9FsXtO7OHgKgO&bvm=bv.48572450,d.ZWU&psig=AFQjCNGrFvvnWwmsqADGyoaBIgEsq8GhRg&ust=1372708004552169

http://www.google.nl/url?sa=i&rct=j&q=parking+assistant+ford+focus&source=images&cd=&cad=rja&docid=l6bPy1eGoo-sZM&tbnid=Q-bF_SluRmzoGM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.fordmediacenter.nl/persbericht/meer-dan-100-000-orders-voor-active-park-assist-productie-handsfree-fileparkeersysteem-verdrievoudigd/213/&ei=OIvQUeH9FsXtO7OHgKgO&bvm=bv.48572450,d.ZWU&psig=AFQjCNGrFvvnWwmsqADGyoaBIgEsq8GhRg&ust=1372708004552169

Aandrijflijnen:

• Toename elektrische / hybride aandrijfsystemen

Hoge productiekosten

Batterij pakket

Veiligheid hoogspanning

Kennis opbouw nodig

Kunststofcomposieten:

• Introductie bij “betaalbare auto”

– Grotere productie series

Toekomstig aandeel moeilijk in te schatten

Beperkte ervaring, kennis & faciliteiten in herstelbranche

Vervolgonderzoek nodig

Toepassing kunststofcomposiet:

• Veel toepassingen: Ruimte en luchtvaart

Boten

Fietsen

Auto/motorsport

Exclusieve sportauto’s

Nieuw:Structurele delen van

“in serie geproduceerde” auto’s

Schade diagnose:

• Niet altijd visueel / conventioneel meetbaar:

– Gebroken vezels - Matrix defecten – Delaminatie

• Keuze diagnose technieken:

– Visueel, Tap techniek, Ultrasoon, Low frequency Vibration & Thermografie

• Beoordelen functionaliteit onderdeel = kennis OEM

Repareren of vervangen?

Mate van repareerbaarheid

• Omvang van de schade? Demontabel?

• Veiligheid, functionaliteit, sterkte, stijfheid, duurzaamheid, optisch resultaat

• Kosten prognose

Repareren of vervangen?

Gespecialiseerde kennis noodzakelijk

Onderzoeksvraag:

• Wat zijn de functionele eigenschappen van het onderdeel na de reparatie? (sterkte, stijfheid, vormvastheid, duurzaamheid, kleur etc.)

• Wat zijn de constructieve eisen van het ontwerp?

1: Is de reparatie goed genoeg?

Input OEMnodig

Onderzoeksvraag:

• Veel reparateurs kunnen deze vraag niet beantwoorden

• Eigen “eenvoudig” laboratorium onderzoek naar sterkte van een reparatie

2: Materiaal na reparatie gelijk aan origineel?

Laboratorium onderzoek:

Origineel Beschadigd

Laboratorium onderzoek:

127

80

52

63 6156

8683

76

87 85

132

119

0

20

40

60

80

100

120

140

Origineel Schade A B G Z C E F I K H Y

F_m

ax [

kN]

Maximale treksterkte

Conclusie laboratorium onderzoek:

Sterkte van reparatie benadert origineel niet!

Let op: “indicatief onderzoek” Beperkt gebruik van materiaal en reparatie methode

Alleen getest op treksterkte, geen andere functionaliteit

Meer onderzoek noodzakelijk!

Compl-aid

4

RAAK MKB project “Compl-Aid”

Automotive composiet

reparatie methodiek

Spreker:

Peter Verschut

Compl-Aid project

De ontwikkeling van reparatie methodieken

voor automotive toepassingen.

Simulatie & beproeving

Genereren “van een leidraad” voor het

MKB (herstelbedrijven)

BMW i8 ,10-2016

Compl-Aid project

Aerospace (startpunt)– Gebruikte materialen & processen

– Gebruikte detectie methoden

– Gebruikte simulatie methoden

– Gebruikte reparatie methoden

SRM (Structural Repair Manual)

= OEM afhankelijk!

Vraag:

Zijn deze methoden één op één om te zetten

naar Automotive toepassingen.

Impact

Detectie

http://i.imgur.com/d0mrd6P.jpg 03-2017

Info BMW i3, okt. 2016

http://i.imgur.com/d0mrd6P.jpg

Compl-Aid project

Rekenmodellen

– Materialen

• Matrices, vezels, lijm, etc.

• Opbouw (vezelrichting)

– Reparatie geometrie

– ABAQUS, FEM

• Faal mechanisme

Inzicht!

– 2D rekentool(-tje)

http://www.eaa.org, Scarf repair, 10-2016

http://www.intechopen.com/source/html/38411/me

dia/image1.jpeg 3-2017

NLR, Scarf repair image of adhesive thickness

http://www.eaa.org/

http://www.intechopen.com/source/html/38411/media/image1.jpeg

Compl-Aid project

Beproeving– Geprepareerde laminaten

• Open Hole compression proefstukken

• CAI proefstukken

– “Impactor” (Valtoren = energieniveau)

– Uitvoer reparatie• Scarf methode

• Vacuum/temperatuur uitharding

– Reststerkte bepaling• Trek- / drukbank

“Impactor”, foto InHolland

Source: http://compositesmanufacturingmagazine.com/2014/04/composite-repair-

as-good-as-new/

Compl-Aid project

Breitzman, Iarve, Schoeppner, Cook, US Air Force Research Laboratory, Multiscale Modeling of Composites Workshop, July, 2009

Compl-Aid project

BMW, i3 10-2016

Inhabitat.com Website, Blackbraid-bicycle 10-2016

Scarf reparatie op een enkel-gekromd buis

Enkel-gekromde constructies

Test bench

Compl-Aid project

Conclusies (voorlopig)

Abaqus modellen geven inzicht in constructie– Vlakke platen + gekromde producten (under construction)

– Reparatiemethodes vergelijken

Gekeken wordt of een vereenvoudigde 2D rekenmethodiek kan helpen bij bepaling van de reststerkte.

Streven naar vereenvoudiging van reparatie methodieken.– “Scarf” geometrie

– Inzet materiaal

– Proces uitvoer

Vertaling van reparatie buis structuur moet zich bewijzen.

Detectie van schade moet nog verder vereenvoudigd worden.

Opgedane kennis verwerken in:– Leidraad voor de “herstelbedrijven FOCWA”

– Lesstof

5

FORWARD & LIFE

door:

L.R. Buning

Forward – Trailer loads…

6 countries road

measurementNetherlands

Germany

France

Luxembourg

Belgium

England

Vehicles Equipped

Event counting

6 elementary events identified• Braking

• Accelerating

• Right Cornering

• Left Cornering

• Positive Heave (bump upwards)

• Negative Heave (bump downwards)

Each event is judged according to its intensity and

then saved in the particular level

©Kural (HAN)

Modelling

©Kural (HAN)

FORWARD

LIFE – Fatigue Analysis

Approach - metals

Start/stop of the Weld

Goal: KT-factor, for fatigue

Crack tracking

©

o Alderliesten (Tud)

o Horn & Pauwelussen HAN

Approach - Glue

©

Horn (HAN)

Menting (Saba)

– hysteresis effects

– Bi-axial testing

– Flexibilities in connnections

Kenteq, Lijmen en afdichten in de carrosseriebouw, HILVERSUM, 2012

Results…

An approach to 20% weight reduction

Repair Costs: -10%

Increase safety

6

Chapter 9 -


[email protected]

[email protected]

Student aan het woord

Chapter 9 -


Rik Kempink

[email protected]

Afstudeerder voor het ComplAid project

Ewoud Mud

[email protected]

Stagair ComplAid

Chapter 9 -


Rik Kempink:

• Afstudeerproject: Het effect van schade en herstel op een

carbonbuis

• Toepassing op een koolstofvezel fietsframe, namelijk de onderbuis

• Focus op trekkracht op een buis

Chapter 9 -


Ewoud Mud

• Opbouwen van een FEM Model in Abaqus

• Onderzoek naar optimale model, en strategie van reparatie in

automotive toepassing

• Een versimpeld model voor gebruik in reparatie bedrijven

7

2-5-2017 © HAN Automotive 63

verbindingen in lichtgewicht constructies

Ad Oomen


Een lichtgewicht constructie, wat is dat?

Een constructie met een zo laag mogelijke massa die sterk en/of stijf genoeg is.

Iedere materiaalvezel doet naar rato evenveel mee:

– Op buiging belaste constructies zijn dus per definitie niet lichtgewicht.

– Constructies die belast worden op trek/druk en uniforme afschuiving zijn lichtgewicht.

Discontinuiteiten leiden tot spanningspieken en horen dus niet in een

lichtgewicht constructie thuis.


Lichtgewicht constructies

Lichtgewicht constructies zijn niet vergevingsgezind:

– Verbindingen zijn kritisch

– Mechanische verbindingen zijn vaak relatief zwaar.

Typisch voor lichtgewicht constructies:

– Verbindingen tussen dunwandige constructies

– Verbindingen tussen verschillende materialen:

• Verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten

• Verschillende (elektro-) chemische eigenschappen


Verbindingen in lichtgewicht constructies

discontinue verbindingen

– vormgesloten verbindingen:

• klinkverbindingen etc.

– krachtgesloten verbindingen:

• boutverbindingen etc.

– puntlassen

continue verbindingen

– lasverbindingen

– lijmverbindingen

Discontinu:

niet lichtgewicht


Verbindingen

Discontinue verbindingen:

– Boutverbindingen

– Klinkverbindingen

– Punt- en kettinglassen

Ja maar: als ik ze nu in een spanningsarme zone plaats?

Spanningsarme zone = geen uniforme belasting = niet lichtgewicht


lasverbindingen

‘Een las is een scheur’.

Alleen verbinden van gelijksoortige materialen

Bekende technologie maar zeker niet uitontwikkeld.


load in plane of the plates

How to solve?

820 N/mm2

force


Load in plane of the plates

530 N/mm2


Bout- en klinkverbindingen

Dynamisch dwarsbelaste boutverbindingen: 10 keer zo zwaar vanwege lage μ

(laklagen)

Klinkverbindingen zijn niet echt axiaal te belasten.


lijmverbindingen

‘niet te controleren’

kruip

grote temperatuur afhankelijkheid

kritisch in de voorbereiding

levensduur wordt door veel factoren beïnvloed


Voorbeeld

– belasting12 [kN]

– Elastische lijmlaag 3 [mm] dik

– lijmoppervlak 400*30 [mm2]

– gemiddelde afschuifspanning 1 [N/mm2]

– voorbeeld ter illustratie:

• Lineair elastisch model voor een elastische lijmverbinding is discutabel maar geeft wel

kwalitatief inzicht.

• geen onderzoek naar spanning op uiteinden van de lijmnaad:– op te lossen met juiste voorzorgsmaatregelen


Lijmnaad


Klinknagel


Klinknagel-lijm


conclusies

Een elastische lijmverbinding is minder stijf dan een mechanische verbinding.

Een goed uitgevoerde elastische lijmverbinding met een relatief lage elastische modulus t.o.v. de te

verbinden materialen:

– levert een nagenoeg uniforme spanningsverdeling

– maakt verbindingen van materialen met verschillende E-moduli mogelijk.

– maakt verbindingen van materialen met verschillende thermische uitzettingcoëfficiënten mogelijk

Bij een gecombineerde lijm-klinkverbinding doen alleen de klinknagels het werk.

‘Angstklinknagels’ werken dus niet.

Mogelijk houdt de lijmverbinding het wel maar scheurt de sandwichplaat tussen toplaag en

schuimkern: maatregelen nemen.


City bus on torsion

One wheel floating

width 2,5 [m]

height 2,5 [m]

Front end of the bus is

bonded to the bus frame

Elastic bond:

– 5 [mm] wide

– 3 [mm] high

https://nl.wikipedia.org/wiki/Connexxion#/media

/File:Bussen_van_Connexxion_(2).jpg


City bus as a torsion box

q1=q2 because of an

equilibrium on

max. torsional load on the

body when one wheel is

floating


City bus on torsion

One wheel floating

width 2,5 [m]

height 2,5 [m]

Elastic bond:

– 5 [mm] wide

– 3 [mm] high

Shear stress τ = 0,5 [N/mm2] https://nl.wikipedia.org/wiki/Connexxion#/media

/File:Bussen_van_Connexxion_(2).jpg


Conclusies

Verbinden in lichtgewicht constructies is een uitdaging.

Fundamenteel begrip is noodzakelijk.

Lichtgewicht constructies vragen een integraal ontwerp.

8

Mogelijkheden met geavanceerde EEM

Duur ±25 min

Jaap Janssens

Voordelen

Falen van het materiaal/constructie

– Lijmverbindingen

– Plastische vervorming

Modeleren van complexe materialen

– Composieten

– Hyperelastische materialen

Nieuwe ontwerp methodes

– Topologie optimalisaties


Lijmverbindingen– Cohesive Zone Model

– Verplaatsingsstelling

– Verwaarloost plastisch gedrag

– Gebaseerd op LEFM

• Geschikt voor brosse lijmen

• Geschikt voor dunne ductiele lijmen

Magalhães , Chaves & de Moura, Mode II Fracture Toughness of a Brittle and a Ductile Adhesive as a Function of

the Adhesive Thickness, 9-2010

http://www.veryst.com/_Images/Website%20Images/CZM%20Fig%206.png, 3-2017

Image from Dassault Systems Simulia, 10-2015


Lijmverbindingen

– Testen

• Trek, schuif en gecombineerd• Specifiek lijm/materiaal

• Gevoelig voor productiefouten!

https://www.researchgate.net/ By Moslem Shahverdi, Publication 259086924

Combinaties

ENSAM Bordeaux, Youtube, 02-2017

Trek

http://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0020768309000869-gr1.jpg, 02-2017

Afschuiving

https://www.researchgate.net/

Y Najeeb Ali, Failure analysis of bonded

steel/CFRP laminate connections, 2015


http://4realsim.com/wp-content/uploads/2015/10/Composite-Abaqus-

nonlinear-FEA.gif, 03-2017


Plastische vervorming materialen

– Metalen

– Extreme belastingen

– Impact

– Testen/Literatuur

http://www.worldautosteel.org/wp-

content/uploads/2012/03/Fig2-4.png, 3-4-2017

http://www.twi-global.com/technical-

knowledge/faqs/material-faqs/faq-what-is-charpy-

testing/, 3-4-2017

Matrix failure (90º in tension)Fiber failure (0º in tension) Delamination

Dassault Systems Simulia, Abaqus Composite training, Manual on Failure Theories L08, version 6.9


Composieten

– Combinatie vezel en hars• Carbon, glas of aramide

• Productie

– Complexe faalmethodes• Vezel op trek & druk

• Hars op afschuiving, trek en druk

• Gecombineerd falen op druk

– Delaminatie• Lagen composiet materiaal kunnen van elkaar scheiden

• Elke laag afzonderlijk falen en delamineren


03-2017



Composieten

– Faalmodel kiezen• Multicontinuum Theory (MCT), Puck, LaRC02,

Christensen, Hashin, Hashin-Rotem, Maximum stress,

Tsai-Wu, Maximum Strain, Tsai-Hill

• Geen model is 100% geschikt

• Iedere laag afzonderlijk modelleren

• Testen voor input

Taken from the ASTM D4255 standard

Taken from the ASTM D5379 standard

Tre

k

Afschuiving

Afschuiving

Druk

Carlsson, Adams, & Pipes, 2013

http://www.atkinsglobal.com/en-gb/projects/next-generation-composite-wing-research-programme, 03-

2017

http://www.atkinsglobal.com/en-gb/projects/next-generation-composite-wing-research-programme


– Goed voor onderzoek

– Ongeschikt als ontwerptool

• Rekpercentage

0º 45º

Bogert, Arunkumar, Chunchu, Comparison of Damage Path Predictions for Composite Laminates by Explicit and Standard Finite Element Analysis Tool, NASA, 2006

Complexe materialen

Hyperelastische materialen

– Kitlijmen

– Rubbers

– Alleen stijfheid

Hoge rekpercentages

– Niet-lineair gedrag

– Grote invloed op de

stijfheid van de constructie

Complexe materialen

Testen

– Trektest

– Biaxialtest

– Planaire trekproef

Nauwkeurige resultaten

Nieuwe ontwerp methodes

Topologie optimalisaties

– Nieuwe concepten

• Basis van ruimte, belasting en productie

– Optimale belasting

Conclusie

Veel mogelijkheden

– Composiet falen zeer complex

Materiaaltesten vaak vereist

Extra kennis van de engineer

– Eindige elementen

– Materiaal modelleren

9

Prototyping - Testing - Monitoring - Modeling - Business Management

HAN AR Kennisgebieden

HAN AR Enablers

HAN AR Speerpunten

vandaag Focus op SD

Multimaterialen voor de

Ontwerper en Constructeur

a

b

c

d

Figuur 161. Geteste elementen: a. cohesieve elementen; b. 2D shell; c. continuum shell; d. solid elementen

Project voorstel; “VASTMAKEN”.

Verbinden van multi materialen

Kennisgebied Structural Design

deelname bedrijven

Project vormen• Afstudeer projecten

• Stage projecten

• Contract opdrachten

• Subsidie trajecten• SIA – RAAK Pro

• SIA – RAAK MKB

• SIA – RAAK publiek

• EFRO

• Horizon 2020

• ,.,.,.,.

Financiën

• Maximaal 2 jaar

• Subsidie 50% tot maximaal 300k voor de HBO instelling

• Dwz totale project omvang > 600k

• 20% (vooraf) - 65% (tijdens) - rest (na accountantsverklaring)

• Tenminste 6 MKB partners vraagarticulatie (telt voor 25%)

• Bedrijven doen mee op basis van in kind uren of materialen

• begroten en opvolgen

• Stel 10 MKB ers 300/10 = 30k 15 k per jaar < 150 –200 uur /jr.

• Maximaal ¼ van de subsidie (75k) mag ten dienste van de partners komen, bij substantiële bijdrage.

• Maximaal 10% (30k) mag worden uitgegeven aan projectmanagement

• financiële rapportage cf format project begroting

Project voorstel “VASTMAKEN”• Thema: Verbinden van multi materialen

• Doel: beantwoorden vragen van MKB

• Subsidie: RAAK-MKB

• Vervolg workshop met belangstellenden

• Project voorstel schrijven mei- juni

• Handtekeningen en budget ronde juli-augustus

• Goedkeuringstraject (intern): september

• Indienen: < 5 oktober 2017

• NU: Deelname scan: formulier in hand-out invullen

wij komen er op terug

bevestigen belangstelling voor deelname aan workshop Project VASTMAKEN , community en course

Naam bedrijfMKB bedrijf

ja / neee-mail tel nr

paraaf

belangstelling

vervolg

workshop

project

'VASTMAKEN'

paraaf

belangstelling

Lightweight

community

paraaf

belangstelling

deelname

'course'

heeft u een specifiek onderwerp wat in het project

'vastmaken' zou passen onder de noemer "Verbinden

van multi materialen"?

1 2 3

10

Dank voor uw aandacht

Graag het evaluatie formulier

& de deelname scan in vullen !

Documents

5 april 2017 Vandaag uw gastheer bij - HAN University of ...specials.han.nl/sites/automotive-research/about... · high-tech embedded systemen. IX35: Monitoring van 3 Hyundai‘six35