Il consumo di carburante è influenzato dalla massa strutturale
Nei mezzi di trasporto, il carburante viene consumato non solo per spostare merci o passeggeri, ma anche per accelerare la struttura stessa del veicolo.
Le carrozzerie dei camion, gli interni degli autobus, i moduli dei vagoni ferroviari e le cabine marine contengono pannelli del pavimento, pareti laterali, pannelli del soffitto, coperture delle apparecchiature e sistemi di partizione. Questi componenti sono spesso realizzati in compensato, lamiera di acciaio, piastra di alluminio o laminato solido in fibra di vetro.
Quando la massa di questi componenti aumenta, il sistema di propulsione deve generare ulteriore forza durante l’accelerazione. L’effetto è più visibile nei veicoli che si avviano e si fermano ripetutamente, come gli autobus urbani, i sistemi ferroviari urbani, i camion per le consegne e i traghetti passeggeri.
I pannelli a nido d'ape rimuovono il materiale dalle regioni-a basso stress
Un pannello alveolare è un pannello sandwich composto da:
- Foglio frontale
- Nucleo a nido d'ape
- Foglio frontale
Durante la flessione, le lamiere esterne sopportano carichi di trazione e compressione. Il nucleo trasferisce i carichi di taglio tra le pelli e mantiene la distanza di separazione tra di loro.
La regione centrale di una tavola solida contribuisce meno alla resistenza alla flessione rispetto alle superfici esterne. La struttura a nido d'ape rimuove il materiale da questa regione a basso-stress e lo sostituisce con celle cave.
Invece di utilizzare un pannello solido di 20–30 mm di spessore, i produttori possono mantenere lo spessore del pannello riducendo al contempo il volume del materiale all’interno della struttura.
La riduzione del peso si verifica negli assiemi-di grandi dimensioni
Le maggiori opportunità di riduzione del peso si trovano tipicamente nei componenti che coprono ampie superfici.
Sistemi a pavimento
I pavimenti dei veicoli spesso si estendono per l'intera larghezza e lunghezza della cabina o del vano di carico.
La sostituzione di pavimenti in compensato o compositi solidi con pannelli a nido d'ape rimuove materiale su diversi metri quadrati di superficie. La riduzione del peso cumulativo diventa significativa perché la struttura del pavimento occupa una grande percentuale del volume interno.
Pannelli murali
Le pareti laterali e le partizioni interne separano principalmente gli spazi anziché trasportare i carichi principali dei veicoli.
I pannelli a nido d'ape consentono ai produttori di mantenere lo spessore delle pareti riducendo la massa dei gruppi non-carico-portanti.
Moduli a soffitto
I pannelli a soffitto supportano sistemi di illuminazione, condotti di ventilazione, cablaggi e pannelli di accesso.
L'utilizzo dei pannelli alveolari riduce il peso sospeso che deve essere sostenuto da staffe e sistemi di fissaggio.
La massa inferiore del veicolo riduce la richiesta di energia durante l'accelerazione
L'accelerazione del veicolo segue la seconda legge di Newton:
Forza=Massa × Accelerazione
Quando i requisiti di accelerazione rimangono invariati, la riduzione della massa strutturale diminuisce la forza richiesta dal motore, dal motore o dal sistema di propulsione.
Per i veicoli che operano con cicli di accelerazione ripetuti, la riduzione avviene migliaia di volte durante la vita utile del veicolo.
Esempi tipici includono:
- Gli autobus urbani fermano ogni poche centinaia di metri
- Treni della metropolitana in entrata e in uscita dalle stazioni
- Veicoli per le consegne che operano su percorsi urbani
- Traghetti che effettuano operazioni di attracco programmate
In queste condizioni operative, la riduzione del peso strutturale riduce direttamente l’energia necessaria per raggiungere la velocità operativa.
I pannelli a nido d'ape sono integrati in modo diverso rispetto ai pannelli massicci
I pannelli a nido d'ape non possono sempre utilizzare gli stessi metodi di fissaggio del compensato o dei laminati solidi.
Poiché il nucleo contiene celle cave, i carichi concentrati attorno a bulloni e viti devono essere trasferiti attraverso aree rinforzate.
I produttori in genere integrano i pannelli a nido d'ape utilizzando:
- Incollaggio adesivo strutturale
- Inserti incorporati
- Profili perimetrali in alluminio
- Zone di montaggio rinforzate
Prima dell'assemblaggio, le celle esposte attorno ai ritagli e ai bordi dei pannelli vengono generalmente sigillate per impedire l'ingresso di umidità e la contaminazione.
Le modalità di guasto devono essere prese in considerazione durante la progettazione
La sola riduzione del peso non è sufficiente per le applicazioni nel settore dei trasporti.
Gli ingegneri normalmente valutano diverse potenziali modalità di guasto prima di selezionare una configurazione della scheda a nido d'ape:
- Frantumazione di nuclei sotto carichi concentrati
- Pelle che si deforma sotto compressione
- Delaminazione dalla pelle-al-nucleo
- Estrazione del dispositivo di fissaggio-
- Penetrazione dell'acqua attraverso bordi non sigillati
La densità del nucleo selezionata, la dimensione delle celle, lo spessore della facciata-della lamiera e il metodo di rinforzo sono determinati dal caso di carico previsto e dall'ambiente operativo.
Ad esempio, il pavimento di un autobus che supporta il traffico passeggeri richiede un rinforzo diverso rispetto a un pannello del soffitto che supporta gli apparecchi di illuminazione.
Selezione di un pannello a nido d'ape per i sistemi di trasporto
La selezione del consiglio si basa generalmente su:
- Campata del pannello
- Carico di progetto
- Spessore del nucleo
- Materiale centrale
- Materiale del foglio-facciale
- Requisiti di prestazione al fuoco
- Condizioni di esposizione all'umidità
Le anime a nido d'ape in polipropilene sono spesso selezionate per interni di trasporto esposti all'umidità perché la struttura termoplastica non assorbe acqua. Possono essere specificati nuclei a nido d'ape in alluminio
quando è richiesta una maggiore resistenza alla compressione attorno a carichi localizzati.
La configurazione finale dipende da come il pannello trasferisce i carichi alla struttura circostante del veicolo.
Soluzioni per pannelli a nido d'ape HolyCore
HolyCore produce materiali con anima a nido d'ape utilizzati nei pannelli sandwich per trasporti e strutture industriali.
L'anima a nido d'ape funziona come strato di trasferimento-di taglio all'interno del pannello. A seconda delle esigenze di progettazione, l'anima può essere combinata con pelli in fibra di vetro, fogli termoplastici, rivestimenti in alluminio o altri materiali del pannello.
Sostituendo le regioni centrali solide con strutture cellulari ingegnerizzate, i produttori possono ridurre la massa dei pannelli in pavimenti, pareti divisorie, soffitti, involucri di apparecchiature e gruppi interni di veicoli mantenendo lo spessore richiesto per l'integrazione strutturale.
