Endurance Test and Dynamic Three-Dimensional DIC Analysis of Outer Case of Electric Vehicle Motors

Význam tématu

V éře elektrických vozidel je klíčové zajistit vysokou odolnost hliníkových odlitků, které tvoří lehké, avšak náchylné k vnitřním vadám konstrukční součásti. Dynamická zkouška únavové životnosti spojená s prostorovou analýzou deformací metodou DIC poskytuje komplexní pohled na skutečnou distribuci napětí a deformací bez destruktivní úpravy vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na vyhodnocení únosnosti a dynamického chování vnějšího krytu elektromotoru pomocí servopulzní únavové zkušební mašiny a trojrozměrné DIC analýzy. Hlavním cílem bylo porovnat výsledky DIC s klasickými měřeními tahových a smykových deformací získanými pomocí tenzometrů.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorek: vnější kryt elektromotoru z hliníkové slitiny, vyráběný tlakovým litím.
• Příprava povrchu: nástřik náhodného tečkového vzoru pro DIC analýzu, instalace tenzometrů na zadní straně.
• Únavová zkouška: servopulzní stroj Shimadzu EHF-UV020KNA-040 s dosahem síly 0–10 kN, sinusový průběh 0–1000 N, 0,5 Hz, řízení v režimu síly.
• DIC systém: Correlated Solutions VIC-3D, dvě kamery BASLER boA5328-100cc (5328 × 4608 px), softwarové synchronizované měření posunu a deformací.
• Tenzometry: KFGS-5-120-C1-11L1M2R (most 120 Ω), zesilovač DC-97A, datový záznam společně se signálem stroje.

Hlavní výsledky a diskuse

• DIC a strojní snímání dráhy vykazují dokonalou fázovou synchronizaci bez zpoždění, data zobrazená v grafu testovací síla vs. snímek odpovídají průběhu deformací.
• Barvené mapy vertikálního a podélného napětí ukázaly kompresní oblast na vrcholu vystupku a tažné napětí u paty, což odpovídá očekávanému ohybovému zatížení.
• Hodnoty deformace ve vybraném bodě R2 získané DIC se shodovaly s výstupy tenzometru, což potvrzuje validitu nekontaktní metody.
• Analýza hlavních (principálních) deformací doplněná vektorovým zobrazením odhalila rotaci hlavního smykového napětí vlivem stavebně podmíněného ohybu.

Přínosy a praktické využití metody

• Neinvazivní, celoplošné měření deformací bez potřeby řezání či opracování vzorku.
• Možnost sledovat více parametrů (podélné, příčné, smykové i hlavní deformace) současně.
• Flexibilita stanovit libovolný bod či oblast pro vyhodnocení deformací bez reinstalace měřicích prvků.
• Urychlené testování a validace návrhů kovových dílů pro automobilový průmysl.

Budoucí trendy a možnosti využití

DIC technologie se bude dále zdokonalovat v oblasti vyšších snímkovacích frekvencí a integrace s digitálními dvojčaty komponent. Využití umělé inteligence pro automatickou analýzu a predikci únavových poruch umožní rychlejší iteraci návrhů a efektivnější vývoj lehkých konstrukcí pro elektromobilitu.

Závěr

Kombinace servopulzní únavové zkoušky a trojrozměrné DIC analýzy poskytla detailní pohled na distribuované deformace vnějšího krytu elektromotoru. Metoda prokázala shodu s tradičními tenzometry a rozšířila možnosti měření na celé povrchy bez omezení počtu snímacích bodů. Tento přístup přispívá k optimalizaci návrhů odlitků a zvyšování životnosti kritických dílů v automobilovém průmyslu.