Hvordan få til en perfekt kollisjon

– Når du gjør ting riktig, skal det se slik ut. Jo mer sammenkrølla rekkverket og fronten på bilen er, jo bedre. Da har disse tatt imot støyten fra kollisjonen og forskånet menneskekroppene inni kupeen. Delen av bilen der folkene sitter skal være like hel.

Å få en kollisjon til å se akkurat slik ut jobber bilindustrien mye med. Med seg på laget har de forskere ved NTNUs SIMLab. Ved SIMLab arbeider de med å designe beskyttende og kollisjonssikre konstruksjoner av aluminium, stål og plast. Det ledes av professor Magnus Langseth.

– Vi kan egentlig ingenting om bil her på SIMLab, som jeg pleier å si, men vi kan mye om aluminium. Derfor har vi samarbeidet med store bilprodusenter som Audi, Toyota, BMW, Honda og Renault, sier Langseth.

All utvikling i bilindustrien i dag foregår ved hjelp av datamaskiner. Til det trenger man modeller som beskriver oppførselen til materialene man bruker i biler. Det er slike modeller SIMLab kan hjelpe dem med.

SIMLab har inntil nylig vært et senter for forskningsdrevet innovasjon finansiert av Forskningsrådet. Miljøet blir nå SFI CASA.

• Les også: Toppmodell på slankekur

Tester, tvinger og tyner for å gjøre deg trygg

I én kollisjon kan flere av SIMLabs samarbeidspartnere være involvert. For eksempel kan aluiminiumsdelene i bilen være formet etter modeller fra SIMLab. Boltene i autovernet som Statens vegvesen har satt opp kan fungere slik SIMLab har ment de burde gjøre når de blir utsatt for press.

– Vi er eksperter på materialer og hvordan materialer virker sammen med formen på et produkt, forklarer Langseth.

Han viser frem en bildel laget i aluminium på størrelse med et rektangulært kneipbrød.

– Denne kunne du laget i stål, plast eller kompositt. Men da er det viktig å vite hvordan formen spiller sammen med materialet den er laget av. Hvis du skal lage den i et annet materiale, ville du kanskje måtte lage den i en helt annen form for å få den til å krølle seg sammen på rett måte i en kollisjon.

Like former oppfører seg altså ikke likt når de er laget av ulike materialer.

– Du må optimalisere materialet med formen. Det er det du kan gjøre med datasimulering. Du kan teste og teste og teste, men bruker du en datasimulering kan du sette den på om ettermiddagen når du går hjem fra jobb, og så er den ferdig når du kommer tilbake neste morgen.

Siden opprettelsen i 2007 har forskere ved SIMLab testet, tynt og torturert alle mulige slags materialer. De har en lab der de sjekker at modellene fungerer, de tester sammensetningen av stoffer i et materiale, og de kan sjekke hvordan en hel konstruksjon tåler press og stress.

– Mange modeller krever at du gjør mange fysiske tester i forkant for å samle sammen nok data som modellen kan jobbe med. Men vi har sagt at vi skal prøve å forstå fysikken i problemet, og så skal vi prøve å lage modeller industrien kan bruke og som er enkle å justere. For industrien er kostnaden viktig. Koblingen mellom å forstå fysikken i et problem, lage en god modell som industrien kan bruke, og teste det ut i laboratoriet før vi slipper det ut til industrien – det er vi ganske unike på, forteller Langseth.

• Les også: Atomer utfører spleisen

Driver materialoppdragelse

I laboratoriet sitt designer SIMLab materialer, former og konstruksjoner. Foto: Ole Morten Melgård. VIS MER

På kontoret sitt har Langseth små og store aluminiumskonstruksjoner som har blitt krøllet sammen under press til vakre formasjoner og som nå pryder bokhyllene hans. Han viser frem to former i aluminium som ligner deler fra en bil (kræsjbokser). Den ene har sakte blitt presset sammen, og ser ut som en perfekt aluminiumskrøll. Den andre har raskt blitt presset sammen, som når en bil kræsjer i et autovern. Den fikk aldeles ingen perfekt krøll – den ble helt deformert.

– Vi får én oppførsel når det går veldig sakte, og så får vi en helt annen oppførsel når det går veldig fort. Og det må vi forstå. Den forståelsen må bakes inn i de modellene vi lager og gir industrien. Det er slikt man må simulere på forhånd for å vite hvordan et materiale i en viss form oppfører seg når det blir presset sammen i en viss hastighet.

– Hva er egenskapene til akkurat denne aluminiumslegeringen (aluminium med tilsettingsstoffer) som gjør at dette skjer? Så kan du endre legeringen slik at den oppfører seg på ønsket måte i visse situasjoner, forklarer Langseth.

Modellene de lager ved SIMLab er baserte på fysikken i et problem de ønsker å løse. De fokuserer spesielt på brudd i materialer. Hvis en komponent i en bil ryker, men du har forutsett at den henger sammen så har du et problem. Da vil nemlig måten resten av bilen oppfører seg på bli forskjellig.

– Det har noe med hvordan kreftene overføres til resten av konstruksjonen hvis en bildel ryker som du ikke hadde forutsett skulle ryke. Vi jobber derfor mye med å forstå hvordan aluminium oppfører seg når du begynner å nærme deg et brudd, sier han.

• Les også: Byer er også metallgruver

Terrorsikring på atomnivå

På SIMLab forsker de for å redde liv. Til det trenger de forskere med ulike spesialiteter som jobber tett sammen.

– Hos oss jobber de som kan mye om design sammen med andre som har masse kunnskap om materialer sammen med andre som er flinke på modellering og simulering. Det er ganske unikt at du finner alt dette i én forskningsgruppe, forteller Langseth.

I åtte år har de forsket på bruken av aluminium i bilindustrien. Nå har de fått midler fra Norges forskningsråd til å opprette et nytt forskningssenter. Der skal de ikke bare jobbe opp mot bilindustrien, men også mot de som bruker lettvektsmaterialer i arbeidet med olje og gass, og terrorsikring.

– Forskning er viktig for å kunne drive innovasjon, det nytter ikke å bare basere seg på erfaring. Derfor er det nyttig at vi nå ser på koblinger mellom ulike bransjer og ulike erfaringer, og ser hvordan bransjene kan lære av hverandre.

I én kubikkmillimeter aluminium er det like mange korn som på en sandstrand. Helt ned på dette mikroskopiske nivået har SIMLab jobbet for å forstå hvordan hele konstruksjoner fungerer. Men nå har de funnet ut at antagelig skjer det noe også i mellomrommet mellom disse sandkornstørrelsene som man trenger å vite mer om. Derfor skal de framover grave seg helt ned på atomnivå i materialene for å finne frem til de beste måtene å beskytte våre skjøre menneskekropper på.