高强度钢性能及其在车身中的应用

在汽车轻量化与提高碰撞安全性能的基础上,首先简单介绍了汽车常用钢和汽车用高强度钢种类,并简述了几种常用高强度钢的强化机制和性能,概述了2种高强度钢的成形工艺,指出了其在成形时存在的问题以及改善其成形性的措施.介绍了高强度钢在汽车车身中的应用情况,展望了高强度钢在未来车身中的应用前景.大量采用高强度钢在加快汽车轻量化进程和提高汽车碰撞安全性能方面有重大作用.     

热冲压和液压成形技术在宝钢汽车轻量化服务中的应用及发展趋势

随着汽车产业在中国的高速发展,汽车轻量化和增强安全性能已经成为汽车行业关注的两大主题,主要通过应用轻质新材料、优化汽车的结构设计、采用先进的成形工艺几种途径实现。主要介绍了热冲压和液压成形的技术原理,阐述了热冲压和液压成形汽车零部件在减重、安全方面的优势,介绍了宝钢热冲压和液压成形技术的情况,并预测了未来的发展趋势。     

汽车轻量化技术的研究现状综述

近年来汽车行业的科技水平发展程度逐渐提高,汽车行业进入高速发展阶段,然而随之而来的环境和能源问题也日趋加重。轻量化技术变成了各个汽车企业提升市场竞争力的关键,作者根据近些年来汽车轻量化技术现状进行综述,主要介绍了包括轻量化材料(高强度钢、镁合金、铝合金、钛合金、塑料及复合材料)、现阶段应用于汽车制造的先进加工工艺(激光焊接技术、液压成形技术)以及发展逐步成熟、显著提高轻量化成果的结构优化(尺寸优化、形状优化、形貌优化、拓扑优化、多目标多学科优化)的使用现状以及对其发展趋势的探讨。     

铝/镁异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展

汽车轻量化是实现燃油汽车节能减排、新能源汽车增程降耗的有效手段,已成为汽车工业可持续发展的必经之路.多材料混合车身在兼顾安全与成本的基础上,通过轻质材料和先进制造工艺的合理使用来降低车重,是目前汽车轻量化的主流研究方向之一.作为铝、镁资源大国,发展铝?镁混合车身结构及相应的连接技术是符合我国国情的汽车轻量化解决路径.然而,氩弧焊、电阻焊、高能束焊等熔焊技术难以制备高质量铝/镁异质接头,液态焊材剧烈反应在连接界面处形成的粗大晶粒和Al?Mg金属间化合物极易造成接头发生组织恶化、性能下降等问题.搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是一种新型固相焊接技术,其通过搅拌头产生的摩擦热促进金属材料的塑性变形以提高其互相混合程度,从而实现焊材的连接,在铝、镁异种合金的连接方面具有广阔的应用前景,被誉为"焊接史上的第二次革命".本文从接头成形过程与微观组织、焊接工艺对接头性能的影响、接头性能的改善方法三个方面总结了铝/镁异种合金FSW技术的研究进展,针对搅拌头结构优化、超声振动辅助FSW、添加中间层或钎料、复合焊接技术等接头性能改善的最新研究结果,展望了常规和改型FSW技术未来的重点研究方向,旨在为铝、镁异种合金的连接及高质量铝/镁异质接头的设计与制备提供参考.     

论汽车轻量化

论述了汽车轻量化的意义、表征参量、评价方法、实施路径和方法;轻量化的设计,零部件和构件的功能与材料性能参量的关系以及先进成形技术的应用.结合近期轻量化的相关进展和笔者的工作,对汽车轻量化进行了全面系统的论述,以期给出关于汽车轻量化较完整的概念和认识.     

板材/管材柔性介质成形工艺新进展

随着先进轻量化技术的不断发展,难变形复杂薄壁类构件在航空航天、汽车等领域的应用日益广泛,以板材/管材柔性介质成形工艺为代表的先进塑性成形技术受到了越来越多的关注。介绍了柔性介质成形工艺的最新研究进展,包括了以面向成形过程的板材/管材性能试验测试手段、成形极限预测及起皱性能预测等为代表的基础理论研究进展,国内外充液成形装备及生产线研究进展,基于充液成形技术的模具设计技术研究进展,最后对颗粒介质成形工艺进行了简要介绍。     

汽车用先进高强钢的应用现状和发展方向

阐述了先进高强钢板汽车零部件在减重、安全方面的优势,介绍了先进高强钢在汽车工业的应用现状,简单阐述了先进高强钢的成形工艺——热冲压成形工艺研究,指出了先进高强钢热冲压成形过程中遇到的主要问题,探讨了先进高强钢未来的发展趋势。     

热压成形在车身上的典型应用与研究

依托于新车型的开发,基于热压成形特性及零部件性能要求,选取某车型B柱加强板进行热压成形技术的可行性分析.通过分析热成形钢的材料及工艺特性,考察采用热成形钢后的B柱加强板侧碰过程中的侵入量、侵入速度、车体加速度以及顶部加压性能的优劣势,提出了结构优化方向,归纳了热压成形技术的关键点.分析结果表明,应用热压车型技术对工程化影响不大,可实现白车身轻量化效果并可大大提升白车身侧碰被动安全性能.     

汽车行业发展对轻质结构部件的需求与展望

随着汽车工业2.0时代的来临,汽车零部件的设计和制造正发生着巨大改变,同时对汽车轻量化的要求也进一步提升。介绍了汽车体系各子系统中主要轻质结构部件的现状和发展情况,从不同轻量化材料类型出发,介绍了各个轻质结构部件中铝合金和镁合金部件的应用情况,同时介绍了汽车轻质结构件材料的需求和研发方向。随后综述了轻质结构部件中主要的成形工艺,介绍了各类成形工艺所适用于生产何种零件,并对提高轻质材料在汽车结构件中的应用进行了展望。     

车身高强度钢板冲压成形有限元分析

高强度钢板是制造车身的重要材料,汽车轻量化和经济化的发展使得金属制造业着重开发更薄、成形性更好、强度更高的高强度钢板。本文将运用有限元分析软件AUTOFORM,对几种典型的车身用高强度钢板进行杯突实验以得到这些高强度钢板膨胀性能指标,并结合成形极限图对这几种典型的汽车高强度钢板进行建模,做出成形性分析。本文对其力学性能进行研究和比较的结果具有一定参考意义。     

Light weighting opportunities and material choice for commercial vehicle frame structures from a design point of view

This paper focuses on an estimation of light weighting opportunities for the frame structure of commercial road vehicles.This estimation is based on simplified static load cases which play a predominant role for the dimensioning of a frame structure and therefore these simplifications are not putting the general validity of the conclusions into question.A comparison of different materials under this scenario shows that light metals do not show any weight reduction advantage in comparison to steel while a material-independent topology optimization has more weight reduction potential for the frame structure than a simple change of materials.Considering the constraints of part complexity which is directly linked with production and assembly cost,the ladder frame structure has become the current state of the art design.Thus the paper also puts a spotlight on basic rules of node design and vertical load induction in order to keep the weight of such a design as low as possible.Practical examples from manufacturers show that the weight of a commercial vehicle could be reduced by 10%,and main parts of the frame structure could be reduced by 30%using high strength steel in combination with innovative production methods like roll forming.     

Application of manufacturing constraints to structural optimization of thin-walled structures

Topology optimization can be a very useful tool for creating conceptual designs for vehicles. Structures suggested by topology optimization often turn out to be difficult to implement in manufacturing processes. Presently, rail vehicle structures are made by welding sheet metal parts. This leads to many complications and increased weight of the vehicle. This article presents a new design concept for modern rail vehicle structures made of standardized, thin-walled, closed, steel profiles that fulfil the stress and manufacturing requirements. For this purpose, standard software for topology optimization was used with a new way of preprocessing the design space. The design methodology is illustrated by an example of the topology optimization of a freight railcar. It is shown that the methodology turns out to be a useful tool for obtaining optimal structure design that fulfils the assumed manufacturing constraints.     

汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化

基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。     

复合材料点阵夹芯结构平压性能不确定分析与优化

考虑一体化成型工艺制备的复合材料点阵夹芯结构及其不确定性, 采用区间向量实现不确定参数定量化, 建立复合材料点阵夹芯结构平压性能区间分析模型。考虑结构功能状态判断的模糊性, 分别在不考虑设计容差与考虑设计容差情形下, 建立了不确定平压载荷作用下含区间参数模糊可靠性分析与优化模型。研究结果表明: 材料参数及结构参数不确定性, 特别是设计容差对复合材料点阵夹芯结构平压性能影响明显, 因此在工程优化中不仅需要充分考虑材料参数与外部载荷等不确定性, 而且需要充分重视传统不确定设计方法中未计及的设计容差的影响。本研究实现了理论成果与工程应用的有机结合, 为工程领域复合材料点阵夹芯结构平压性能分析与优化提供有效理论方法。     

Entwicklung einer niedrigschmelzenden Legierung und deren Applikation zum Korrosionsschutz hochfester Stähle

Development of low‐temperature galvanizing and its application for corrosion protection of high‐strength steels Apart from reliability and quality, vehicle safety and cost efficiency are the decisive criteria for automobile manufacturers. Corrosion protection plays a decisive role because it increases the service life. The ultra‐high‐strength steels are materials which exhibit high lightweight potential as well as a very good energy absorption capacity because of their mechanical properties. In connection with the possibility of hot forming, they are predestined for the fabrication of complicated, load‐compatible shapes in the crash‐relevant frame and body construction. The application of these steel qualities has been carried out in structural parts which are protected from corrosion by a hot‐dip coat of FeAl7 – the so‐called Usibor. However, at the moment there is no ready‐for‐production solution for later corrosion protection of already hot‐formed parts. Therefore, a corrosion protection system on the basis of conventional low‐temperature galvanizing processes has been developed and utilized. First, the softening behavior of the highly‐resistant 22MnB5 substrate was analyzed. Afterwards, a galvanizing system was developed and applied. The corrosion protection coatings were characterized with regard to their structure and corrosion protection potential. As a result, a significant improvement of the corrosion behaviour has occurred.     

喷油器体锻模优化设计

目的以喷油器体模锻成形为研究对象,对锻模结构与尺寸进行分析和优化设计。方法通过优化锻模设计(尤其是优化锁扣、终锻模膛、飞边槽、钳口、滚挤模膛等结构与尺寸设计以及根据滚挤模膛高度尺寸优选原材料下料规格),克服原锻模设计的缺点。结果有效改善了喷油器体的模锻工艺性,减小了难变形区,减小了变形力,减少了原材料消耗0.15 kg/件,提高了合格品率,提高了锻造效率(减少打击次数3~5锤次/件),提高了锻模使用寿命至少1倍,以及降低了锻模与锻件成本等。结论最终获得的喷油器体锻模,结构高紧凑又强度足够,使用性能优越,可为类似锻模设计和实际生产提供了有力的参考依据。     

基于多目标遗传算法的实验目标车底盘结构优化

在实际道路上开展实验目标车碰撞试验是智能汽车开发过程中的重要测试手段之一。为保证智能汽车的安全性,实验目标车的底盘必须具有抵抗较大碾压冲击的能力。由于实验目标车底盘的碾压过程涉及接触非线性和几何非线性等问题,仅基于仿真分析对其进行结构设计和优化存在较大困难。为此,首先采用显式非线性有限元法对实验目标车底盘的抗碾压性能进行分析;然后采用基于局部放大法的多目标遗传算法建立以材料为离散变量、几何尺寸为连续变量的底盘结构多目标优化模型;最后利用HyperStudy软件搭建了一种适应性强且拟合预测精度高的底盘结构优化方法,并获得了满足抗碾压性能和轻量化要求的底盘结构优化方案。研究结果表明,基于碰撞碾压仿真的多目标遗传优化方法对解决考虑离散-连续型变量和响应面高度非线性的实验目标车底盘结构优化问题具有适应性强、优化结果准确和多目标协同满足程度高的特点,可为实际应用中需综合考虑离散变量和多种性能的结构优化设计提供参考。     

双相不锈钢磨损腐蚀的机理及强化途径

本文介绍了铸造双相不锈钢磨损腐蚀的机理,综述了形变强化、第二相强化、热处理及微量元素合金化等强化双相不锈钢耐磨损腐蚀性能的途径。对指导双相不锈钢的材料设计、性能研究,特别是新型抗冲刷腐蚀磨损材料的应用等起到一定的指导作用。     

CAE在汽车座椅轻量化设计中的应用

以汽车座椅靠背为研究对象,利用材料力学原理分别设计3种不同截面形状的钢制座椅靠背圆钢管,基于Hyper Works有限元软件对3种方案进行静强度模拟分析,运用密度法对新型铝合金座椅骨架进行拓扑优化设计。结果表明：截面为椭圆型的钢管比等截面面积的圆形钢管具有更大的抗弯强度,拓扑优化是一种有效的结构概念设计方法,使铝合金座椅靠背质量减轻16．5％,从结构和材料2方面实现了汽车座精轻量化的目的。     

宏观结构性能约束下的材料微结构拓扑优化

为了设计周期性多孔钢或钢/铝复合材料优化微结构,基于独立连续映射法,建立了以结构总质量最小化为目标,节点位移为约束的拓扑优化模型。假设宏观结构由多孔材料或复合材料组成,其等效特性采用均匀化理论计算得到。定义了微观材料拓扑变量,节点位移约束采用一阶泰勒展开近似。各种材料设计要求作为约束条件纳入到优化模型中。推导了节点位移和总质量的敏度表达式。采用基于求解偏微分的过滤方法消除了数值不稳定性。在二维数值算例中获得了各种满足设计要求的优化材料微结构。结果表明:提出的方法在材料微结构拓扑优化设计中具有可行性和有效性。