Vật liệu bọt thép composite mở ra giải pháp giảm chấn thương và bảo vệ pin xe điện khi va chạm

Khác với các kết cấu chịu lực truyền thống vốn dễ bị uốn gãy cục bộ hoặc biến dạng đột ngột khi chịu tác động cơ học lớn, vật liệu bọt kim loại composite khi tích hợp vào bên trong dầm chống va chạm bằng nhôm sẽ biến dạng từ từ theo một tiến trình có kiểm soát. Nhờ đặc tính nén dần này, kết cấu có thể chủ động triệt tiêu phần lớn xung lực trong suốt thời gian va đập, kéo dài thời gian giảm tốc và ngăn chặn lượng năng lượng khổng lồ truyền trực tiếp vào khoang hành khách, từ đó hạn chế tối đa nguy cơ chấn thương nặng cho người ngồi trong xe.

Thực nghiệm mô phỏng trên máy tính do kỹ sư Aman Kaushik cùng Giáo sư Afsaneh Rabiei thuộc bộ môn kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tiến hành ở vận tốc khoảng 88 km/h đã ghi nhận những kết quả vượt trội so với hai mẫu thiết kế đối chứng là dầm thép hình chữ nhật chuyên dùng trên xe tải và dầm nhôm bát giác kép phổ biến trên các mẫu sedan hiện đại.

Cụ thể, khi đặt cạnh dầm nhôm bát giác kép, kết cấu ứng dụng bọt thép giúp giảm khoảng 38% lực tác động cực đại lẫn gia tốc giảm tốc cực đại, đồng thời hạ thấp 45% mức độ nghiêm trọng của cú va chạm cũng như nguy cơ tổn thương vùng đầu. So với dầm thép hình chữ nhật, giải pháp vật liệu mới thể hiện sự áp đảo khi làm giảm tới 84% các chỉ số tương đương, chỉ số nghiêm trọng của vụ va chạm giảm tới 16 lần và chỉ số chấn thương đầu HIC giảm khoảng 6 lần.

Đáng chú ý, ngưỡng tốc độ kích hoạt nguy cơ chấn thương nguy hiểm của phương tiện sử dụng bọt kim loại cũng được nới rộng đáng kể. Dữ liệu cho thấy thiết kế mới chỉ vượt ngưỡng va chạm nghiêm trọng ở vận tốc 96 km/h và chạm ngưỡng nguy hiểm của chỉ số HIC ở mức 124 km/h, cao hơn lần lượt 34% và 40% so với kết cấu dầm nhôm đối chứng.

Khả năng tiêu tán xung lực hiệu quả mở ra cơ hội cho các hãng xe tối ưu hóa chiều dài phần đầu xe mà vẫn duy trì chuẩn an toàn cao, qua đó cắt giảm trọng lượng không tải và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Đặc biệt trong lĩnh vực xe điện, bọt thép composite được đánh giá là ứng viên sáng giá cho lớp vỏ bảo vệ cụm pin nhờ sự tích hợp giữa khả năng hấp thụ biến dạng cơ học với đặc tính chịu nhiệt và chống cháy lan khi xảy ra sự cố va chạm mạnh.

Mặc dù các dữ liệu ban đầu cho thấy triển vọng rất lớn, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh các con số này hiện mới dừng lại ở phạm vi mô phỏng kỹ thuật số trên hệ thống máy tính, chưa bao gồm các yếu tố an toàn bổ trợ thực tế như túi khí, dây đai an toàn hay tương tác vật lý với hình nộm thử nghiệm va chạm. Để có thể thương mại hóa trên các phương tiện giao thông, nhóm tác giả sẽ tiếp tục triển khai các bài thử nghiệm va chạm thực tế độc lập dựa trên quy chuẩn kỹ thuật của Cơ quan An toàn Giao thông Đường bộ Quốc gia Mỹ (NHTSA) nhằm kiểm chứng toàn diện năng lực bảo vệ của loại vật liệu này trước khi đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp.

Tâm An