Rendimiento en Choque de Cajas de Choque de Tubos Cónicos Fabricados Aditivamente: Influencia de Parámetros Materiales y Geométricos
Autores: Saber, Ahmed; Güler, Mehmet Ali; Acar, Erdem; ElSayed, Omar Soliman; Aldallal, Hussain; Alsadi, Abdulrahman; Aldousari, Yousef
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Rendimiento en Choque de Cajas de Choque de Tubos Cónicos Fabricados Aditivamente: Influencia de Parámetros Materiales y Geométricos
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Cajas de choque
Fabricación aditiva
Modelado por deposición fundida
PLA-CF
PLA+
Resistencia a choques
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Las cajas de choque juegan un papel crucial en la mitigación de la fuerza durante las colisiones de vehículos al absorber la energía del impacto. La fabricación aditiva (AM), particularmente el Modelado por Deposición Fundida (FDM), ha surgido como un método prometedor para su fabricación debido a su flexibilidad de diseño y los avances continuos en el desarrollo de materiales. Este estudio investiga el rendimiento en choque de configuraciones de cajas de choque cónicas, cada una fabricada utilizando dos materiales de FDM: Ácido Poliláctico Reforzado con Fibra de Carbono (PLA-CF) y Ácido Poliláctico Plus (PLA+). Las muestras varían en grosor de pared y ángulos de conicidad para evaluar la influencia de los parámetros geométricos y materiales en la resistencia a choques. Los resultados demostraron que tanto la absorción de energía específica como la eficiencia de fuerza de aplastamiento aumentan con el grosor de la pared y el ángulo de conicidad, siendo PLA-CF consistentemente superior a PLA+ en ambas métricas. Los resultados de ANOVA mostraron que el grosor de la pared es el factor más influyente en la resistencia a choques, representando el 73.18% de la variación y el 58.19% de la variación. El ángulo de conicidad contribuyó con un 13.49% a la absorción de energía y un 31.49% a la eficiencia de fuerza de aplastamiento, mientras que el tipo de material tuvo efectos más pequeños pero significativos, contribuyendo con un 0.66% a la absorción de energía y un 0.11% a la eficiencia de fuerza de aplastamiento. Se desarrollaron modelos de regresión basados en los datos experimentales para predecir la absorción de energía y la eficiencia de fuerza de aplastamiento con un error porcentual absoluto máximo del 4.97%. Estos modelos guiaron el diseño de nuevas configuraciones, siendo el caso óptimo el que logró una absorción de energía de 32.086 +/- 0.190 kJ/kg y una eficiencia de fuerza de aplastamiento de 0.745 +/- 0.034. Los hallazgos confirman el potencial de PLA-CF para mejorar la capacidad de absorción de energía de las cajas de choque, particularmente en diseños cónicos.
Descripción
Las cajas de choque juegan un papel crucial en la mitigación de la fuerza durante las colisiones de vehículos al absorber la energía del impacto. La fabricación aditiva (AM), particularmente el Modelado por Deposición Fundida (FDM), ha surgido como un método prometedor para su fabricación debido a su flexibilidad de diseño y los avances continuos en el desarrollo de materiales. Este estudio investiga el rendimiento en choque de configuraciones de cajas de choque cónicas, cada una fabricada utilizando dos materiales de FDM: Ácido Poliláctico Reforzado con Fibra de Carbono (PLA-CF) y Ácido Poliláctico Plus (PLA+). Las muestras varían en grosor de pared y ángulos de conicidad para evaluar la influencia de los parámetros geométricos y materiales en la resistencia a choques. Los resultados demostraron que tanto la absorción de energía específica como la eficiencia de fuerza de aplastamiento aumentan con el grosor de la pared y el ángulo de conicidad, siendo PLA-CF consistentemente superior a PLA+ en ambas métricas. Los resultados de ANOVA mostraron que el grosor de la pared es el factor más influyente en la resistencia a choques, representando el 73.18% de la variación y el 58.19% de la variación. El ángulo de conicidad contribuyó con un 13.49% a la absorción de energía y un 31.49% a la eficiencia de fuerza de aplastamiento, mientras que el tipo de material tuvo efectos más pequeños pero significativos, contribuyendo con un 0.66% a la absorción de energía y un 0.11% a la eficiencia de fuerza de aplastamiento. Se desarrollaron modelos de regresión basados en los datos experimentales para predecir la absorción de energía y la eficiencia de fuerza de aplastamiento con un error porcentual absoluto máximo del 4.97%. Estos modelos guiaron el diseño de nuevas configuraciones, siendo el caso óptimo el que logró una absorción de energía de 32.086 +/- 0.190 kJ/kg y una eficiencia de fuerza de aplastamiento de 0.745 +/- 0.034. Los hallazgos confirman el potencial de PLA-CF para mejorar la capacidad de absorción de energía de las cajas de choque, particularmente en diseños cónicos.