Simulación de propiedades personalizadas en componentes automovilísticos: el enfoque FEM de GEDIA con TemperBox®.
En el contexto del desarrollo moderno de vehículos, la integración de procesos de endurecimiento a medida es un factor decisivo para optimizar la seguridad en caso de colisión y reducir al mismo tiempo el peso. La tecnología TemperBox® desarrollada por GEDIA permite fabricar componentes de acero endurecidos por prensado con propiedades mecánicas definidas localmente, entre ellas zonas endurecidas por martensita, zonas dúctiles y zonas de transición escalonadas. Esta estructura de material diferenciada plantea grandes exigencias a la simulación numérica, especialmente en lo que respecta a la representación precisa del comportamiento estructural bajo carga de choque.
La simulación de componentes a medida es una parte integral del proceso de desarrollo de productos de GEDIA, que abarca desde la definición de funciones hasta el diseño CAD y la validación mediante ensayos físicos. La simulación FEM actúa como enlace entre los cambios microestructurales relacionados con el proceso y la evaluación del rendimiento estructural. En particular, las diferencias locales en cuanto a dureza, límite elástico, resistencia a la tracción y comportamiento de fallo deben transferirse correctamente al modelo de simulación.
Para reflejar esta complejidad, GEDIA ha desarrollado dos métodos de simulación diferentes, cada uno de ellos adaptado a distintas fases del proyecto. El método de alta precisión se utiliza en la fase de validación y se basa en datos de entrada detallados de la simulación de conformado, como la distribución del espesor, la deformación plástica y las curvas de dureza. Estos datos se convierten en valores característicos mecánicos mediante correlaciones matemáticas y se asignan a nivel de elemento en el modelo FE. Esto permite simular con gran precisión incluso zonas de transición complejas, lo que supone una ventaja decisiva para el análisis de colisiones.
El segundo método, denominado «método de fase conceptual», está diseñado para el desarrollo conceptual inicial. Permite iteraciones rápidas, incluso cuando aún no se dispone de simulaciones de conformado completas. En este caso, la asignación de materiales se realiza por zonas, dividiendo el componente en zonas duras, blandas y de transición. Las propiedades mecánicas se asignan sobre la base de valores típicos. Este método ofrece un buen equilibrio entre la profundidad del modelado y la agilidad del desarrollo.
La validación de ambos enfoques de simulación se lleva a cabo mediante ensayos de flexión cuasiestáticos de tres puntos y ensayos dinámicos de caída. La coincidencia entre las curvas de fuerza-recorrido simuladas y experimentales, así como los patrones de fallo, confirma la alta calidad de predicción de ambos métodos. En particular, el método de alta precisión muestra una excelente representación de los mecanismos de fallo que se producen localmente, mientras que el método de la fase conceptual ofrece una base sólida para la evaluación del concepto.
Además de la precisión técnica, la metodología de simulación de GEDIA también ofrece ventajas prácticas: permite el diseño de componentes con varias zonas dúctiles, un ajuste flexible del ancho de transición (entre 30 y 70 mm) y una geometría reproducible sin deformaciones térmicas. La tecnología TemperBox® tampoco afecta al tiempo de ciclo y se puede integrar fácilmente en las líneas de producción existentes. Otra ventaja es la posibilidad de sustituir las costosas placas de soldadura láser por componentes monolíticos y hechos a medida.
En resumen, la estrategia de simulación de GEDIA para los componentes TemperBox® muestra cómo se pueden combinar con éxito la simulación de procesos, el modelado de materiales y la mecánica estructural. La integración de datos específicos del proceso en la simulación de colisiones permite alcanzar una alta precisión en las predicciones, lo que facilita un diseño seguro y eficiente de los componentes. Las propiedades personalizadas ya no son una caja negra de la simulación, sino una característica de diseño controlable y optimizable de la tecnología automovilística moderna.
- Prahel Bhandari, Cálculo FEM Ingeniería avanzada