超高強(qiáng)鋼的案例
超高強(qiáng)鋼材料碰撞失效行為仿真預(yù)測(cè)技術(shù)研究
摘 要：為了提高超高強(qiáng)鋼材料在整車碰撞過(guò)程中的失效行為仿真預(yù)測(cè)精度，對(duì)比分析了主流求解器LS＿DYNA中GISSMO等6種典型失效模型的原理，并針對(duì)GISSMO失效模型中影響整車碰撞失效仿真精度最為關(guān)鍵的參數(shù)材料斷裂極限應(yīng)變及網(wǎng)格尺寸修正特性設(shè)置方法進(jìn)行了研究。斷裂極限應(yīng)變標(biāo)定過(guò)程中應(yīng)變路徑存在非線性，需要采用加載歷程平均應(yīng)力三軸度來(lái)進(jìn)行描述；默認(rèn)的網(wǎng)格修正設(shè)置方法難以兼顧不同應(yīng)力狀態(tài)，采用自定義的網(wǎng)格尺寸修正設(shè)置方法可以有效提高典型應(yīng)力狀態(tài)下不同網(wǎng)格尺寸模型仿真預(yù)測(cè)結(jié)果的一致性。
關(guān)鍵詞：超高強(qiáng)鋼;失效;GISSMO;
1 前言
節(jié)能與安全是汽車行業(yè)一直以來(lái)關(guān)注的兩大話題。近年來(lái)，實(shí)現(xiàn)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，整車整備質(zhì)量持續(xù)下降，車身輕量化重要性進(jìn)一步凸顯；另一方面，行業(yè)安全法規(guī)也在持續(xù)加嚴(yán)，對(duì)車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了更高的要求[1]。超高強(qiáng)鋼材料兼具輕量化、性能與綜合應(yīng)用成本優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在汽車行業(yè)應(yīng)用范圍不斷增加。隨著汽車行業(yè)安全法規(guī)不斷升級(jí)，超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件在汽車碰撞過(guò)程中需要吸收更大的能量；同時(shí)，隨著材料強(qiáng)度的上升，其韌性通常會(huì)有所下降[2]，因而導(dǎo)致車輛關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件在碰撞過(guò)程中開(kāi)裂失效風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，嚴(yán)重影響車輛被動(dòng)安全性能。為此，汽車行業(yè)普遍采用有限元仿真分析方法來(lái)預(yù)測(cè)超高強(qiáng)鋼材料在碰撞工況下的失效行為[3,4,5,6,7]，為車輛結(jié)構(gòu)與用材設(shè)計(jì)提供優(yōu)化方向。
本研究介紹了目前超高強(qiáng)鋼材料碰撞失效行為預(yù)測(cè)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并針對(duì)目前常用的網(wǎng)格尺寸縮放問(wèn)題進(jìn)行了研究，可以為提高超高強(qiáng)鋼材料在整車碰撞過(guò)程中的失效行為預(yù)測(cè)精度提供一定的參考。
2 失效模型選擇
對(duì)于超高強(qiáng)鋼等金屬材料而言，韌性斷裂是其最主要的失效形式，采用基于應(yīng)變的失效模型可以更好地預(yù)測(cè)其失效行為。
展開(kāi) 780 MPa 超高強(qiáng)鋼扭力梁內(nèi)高壓成形研究
方法 針對(duì)這一問(wèn)題，采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法，開(kāi)展了 780 MPa 超高強(qiáng)鋼扭力梁內(nèi)高壓成形研究，重點(diǎn)研究了預(yù)制坯形狀對(duì)扭力梁內(nèi)高壓成形的影響，并采用響應(yīng)面模型，優(yōu)化了預(yù)制坯，獲得了最優(yōu)的預(yù)制坯形狀。在此基礎(chǔ)上，研究了加載路徑對(duì)扭力梁內(nèi)高壓成形過(guò)程的影響。 結(jié)果 當(dāng)扭力梁預(yù)成形壓下量為 62.2 mm，下模引導(dǎo)角為 29.2°時(shí)，得到了最優(yōu)的預(yù)制坯形狀。后續(xù)內(nèi)高壓成形過(guò)程中，支撐壓力過(guò)小或補(bǔ)料量過(guò)大，在試件端部引起起皺缺陷；支撐壓力過(guò)大或者補(bǔ)料量過(guò)小，補(bǔ)料主要集中于端部，對(duì)大膨脹量區(qū)域影響較小；當(dāng)采用補(bǔ)料量為 8%的加載路徑時(shí)，可以有效改善壁厚的分布，避免起皺缺陷。 結(jié)論 合理的預(yù)制坯形狀能夠有效避免超高強(qiáng)鋼扭力梁內(nèi)高壓成形過(guò)程中的飛邊缺陷，而加載路徑控制是扭力梁內(nèi)高壓成形過(guò)程中避免起皺缺陷和過(guò)度減薄，提高成形極限和零件成形精度的重要途徑。
關(guān)鍵詞：扭力梁；內(nèi)高壓成形；預(yù)成形；先進(jìn)高強(qiáng)鋼
汽車輕量化技術(shù)是采用新成形工藝對(duì)汽車零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，或使用輕質(zhì)材料，在確保汽車綜合性能指標(biāo)的前提下，降低車身重量，以達(dá)到減重、節(jié)能、舒適、抗震、耐撞和環(huán)保的目的。輕質(zhì)材料主要包括鋁合金、鎂合金等低密度合金以及先進(jìn)高強(qiáng)度鋼材。其中鋁合金和鎂合金價(jià)格相對(duì)昂貴，需要的設(shè)備投資也較大，所以鋼材仍舊是車身制造的主導(dǎo)材料。高強(qiáng)鋼滿足高強(qiáng)度和高成形性的統(tǒng)一，輕量化和碰撞安全性的統(tǒng)一，高性能和低成本的統(tǒng)一，是目前車身制造的重要輕質(zhì)材料。對(duì)汽車零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)并且采用新的成形工藝，是當(dāng)前車身制造工程中的另一重要發(fā)展方向。
展開(kāi) 超高強(qiáng)鋼汽車構(gòu)件熱沖壓成形技術(shù)與裝備
超高強(qiáng)鋼熱沖壓構(gòu)件的應(yīng)用能夠在減輕汽車整車重量的同時(shí)，保證車身強(qiáng)度及安全性，是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑。本文主要介紹作者所在的研究團(tuán)隊(duì)圍繞超高強(qiáng)鋼汽車構(gòu)件熱沖壓成形技術(shù)及裝備所做的部分研究工作。
汽車輕量化是汽車重要的發(fā)展方向，也是國(guó)家重大科技需求。燃油車整車重量每降低10%，燃油效率提升6%～8%，排放下降4%；純電動(dòng)車、混合動(dòng)力車等新能源汽車對(duì)重量更加敏感，整車每減重10%，續(xù)航里程增加10%～15%。
高強(qiáng)度輕量化材料在汽車上的應(yīng)用能有效地推進(jìn)輕量化進(jìn)程。《中國(guó)制造2025》提出要提升輕量化材料等核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力，同時(shí)推動(dòng)自主品牌節(jié)能與新能源汽車同國(guó)際先進(jìn)水平接軌。然而隨著鋼板強(qiáng)度的提升，傳統(tǒng)冷沖壓成形中往往存在開(kāi)裂、回彈、起皺等缺陷，同時(shí)成形力明顯增加又對(duì)壓力機(jī)和模具壽命提出更高的要求。為解決這些問(wèn)題，一種能夠降低成形力和成形難度，且成形后所得構(gòu)件兼具超高強(qiáng)度和高精度的先進(jìn)材料加工技術(shù)——熱沖壓技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。時(shí)至今日，熱沖壓成形技術(shù)已廣泛用于汽車車身及底盤(pán)結(jié)構(gòu)件成形制造中（圖1）。
熱沖壓成形技術(shù)的概念與特點(diǎn)
熱沖壓成形技術(shù)包括直接熱沖壓和間接熱沖壓兩種形式。以最常用的直接熱沖壓成形為例，其工藝流程如圖2所示，首先將高強(qiáng)度硼鋼板坯料加熱到奧氏體化溫度以上，并保溫一定時(shí)間使其充分奧氏體化（通常為900～950℃），隨后將加熱的坯料迅速轉(zhuǎn)移至帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，同時(shí)保壓淬火，使構(gòu)件材料發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。與傳統(tǒng)的冷沖壓相比，鋼板在高溫時(shí)成形性好，可一次成形復(fù)雜形狀的構(gòu)件，并且構(gòu)件強(qiáng)度可達(dá)1500MPa甚至更高。此外，熱沖壓工藝的構(gòu)件回彈小、精度高、變形抗力約為冷沖壓的三分之一、設(shè)備噸位小。
展開(kāi) 船舶及海洋工程用鋼發(fā)展史
1、加快開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度、高韌性的海洋平臺(tái)用鋼
從海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)， 采用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼可以有效減輕平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重， 增加平臺(tái)可變載荷和自持能力， 提高總排水量與平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)自重比。國(guó)內(nèi)的海洋平臺(tái)用鋼多集中在E550 級(jí)別以下，而國(guó)外的同類產(chǎn)品多集中在 E690級(jí)別以上，且使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)水平。另外，隨著深海及極地海洋平臺(tái)建設(shè)的快速發(fā)展， 海洋工程用鋼的低溫韌性更顯重要， 同系列的E級(jí)和F級(jí)鋼板的需求量逐漸增加，高強(qiáng)度、高韌性海洋平臺(tái)用鋼將是今后重點(diǎn)研發(fā)的品種。
2、研發(fā)低成本高附加值產(chǎn)品
海洋平臺(tái)是由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成， 其中高強(qiáng)鋼所占比例高達(dá) 60%～90%，如果在高強(qiáng)鋼合金設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)減量化， 將會(huì)大大降低海洋平臺(tái)的建設(shè)成本。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的 690 級(jí)高強(qiáng)鋼均采用添加大量的Ni、Mo 等貴重合金元素，如能通過(guò)合金設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“以 Mn/C 代 Ni”的成分設(shè)計(jì)思路，可以大幅度降低成本。首先，Mn 是一種強(qiáng)奧氏體穩(wěn)定元素，其價(jià)格只是 Ni 的 1/5~1/20，其次，高 Mn 鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性的綜合性能以及優(yōu)異的低溫韌性。高M(jìn)n 鋼本身的優(yōu)異綜合性能可以解決目前海洋平臺(tái)用 690 MPa 級(jí)超高強(qiáng)鋼的低溫韌性差、屈強(qiáng)比高等問(wèn)題， 能夠滿足未來(lái)深海和極地海洋平臺(tái)對(duì)超高強(qiáng)鋼安全性能和建造成本需求， 這也是今后高強(qiáng)、高韌海洋平臺(tái)用鋼的重要發(fā)展方向。
3、良好成形性能的低屈強(qiáng)比海洋平臺(tái)用鋼開(kāi)發(fā)
從海洋平臺(tái)底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)， 如果采用先進(jìn)的樁腿（包括樁靴）結(jié)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)，將會(huì)增加平臺(tái)的承重能力、抗沖擊能力及耐久性。目前，升降齒條用鋼采用了 690 MPa 級(jí)超高強(qiáng)鋼， 但其他樁腿結(jié)構(gòu)用鋼一般僅為 550 MPa 級(jí)別高強(qiáng)鋼。
展開(kāi) 
船舶及海洋工程用鋼發(fā)展史
1、加快開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度、高韌性的海洋平臺(tái)用鋼
從海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)， 采用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼可以有效減輕平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重， 增加平臺(tái)可變載荷和自持能力， 提高總排水量與平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)自重比。國(guó)內(nèi)的海洋平臺(tái)用鋼多集中在E550 級(jí)別以下，而國(guó)外的同類產(chǎn)品多集中在 E690級(jí)別以上，且使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)水平。另外，隨著深海及極地海洋平臺(tái)建設(shè)的快速發(fā)展， 海洋工程用鋼的低溫韌性更顯重要， 同系列的E級(jí)和F級(jí)鋼板的需求量逐漸增加，高強(qiáng)度、高韌性海洋平臺(tái)用鋼將是今后重點(diǎn)研發(fā)的品種。
2、研發(fā)低成本高附加值產(chǎn)品
海洋平臺(tái)是由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成， 其中高強(qiáng)鋼所占比例高達(dá) 60%～90%，如果在高強(qiáng)鋼合金設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)減量化， 將會(huì)大大降低海洋平臺(tái)的建設(shè)成本。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的 690 級(jí)高強(qiáng)鋼均采用添加大量的Ni、Mo 等貴重合金元素，如能通過(guò)合金設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“以 Mn/C 代 Ni”的成分設(shè)計(jì)思路，可以大幅度降低成本。首先，Mn 是一種強(qiáng)奧氏體穩(wěn)定元素，其價(jià)格只是 Ni 的 1/5~1/20，其次，高 Mn 鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性的綜合性能以及優(yōu)異的低溫韌性。高M(jìn)n 鋼本身的優(yōu)異綜合性能可以解決目前海洋平臺(tái)用 690 MPa 級(jí)超高強(qiáng)鋼的低溫韌性差、屈強(qiáng)比高等問(wèn)題， 能夠滿足未來(lái)深海和極地海洋平臺(tái)對(duì)超高強(qiáng)鋼安全性能和建造成本需求， 這也是今后高強(qiáng)、高韌海洋平臺(tái)用鋼的重要發(fā)展方向。
3、良好成形性能的低屈強(qiáng)比海洋平臺(tái)用鋼開(kāi)發(fā)
從海洋平臺(tái)底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)， 如果采用先進(jìn)的樁腿（包括樁靴）結(jié)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)，將會(huì)增加平臺(tái)的承重能力、抗沖擊能力及耐久性。目前，升降齒條用鋼采用了 690 MPa 級(jí)超高強(qiáng)鋼， 但其他樁腿結(jié)構(gòu)用鋼一般僅為 550 MPa 級(jí)別高強(qiáng)鋼。
展開(kāi) 《Science》北科大等合作研制出：屈服強(qiáng)度2.2GPa的超級(jí)鋼！
具有超高強(qiáng)度的金屬材料通常應(yīng)用于汽車、航空及國(guó)防工業(yè)，但在極高載荷等茍刻條件下應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料除了要求超高強(qiáng)度，通常也要求良好的延展性和韌性，以便能夠?qū)崿F(xiàn)零部件精準(zhǔn)成型，并可防止出現(xiàn)材料和部件的意外失效。然而，材料的強(qiáng)度和延展性之間常常是魚(yú)和熊掌的關(guān)系，通常的方法難以同時(shí)提高強(qiáng)度和延展性。比如陶瓷、非晶材料具有很高的硬度和強(qiáng)度，但幾乎沒(méi)有延展性。而如何通過(guò)工業(yè)上常用的加工工藝，獲得同時(shí)具有超高強(qiáng)度和高延展性的金屬材料，一直是科學(xué)界和工業(yè)界具有高度挑戰(zhàn)性的研發(fā)目標(biāo)，尤其是屈服強(qiáng)度進(jìn)入2GPa的超高范圍時(shí)，進(jìn)一步改善材料延展性的難度幾乎是成倍提高。
鋼鐵材料是人類社會(huì)使用量最大、使用歷史悠久的金屬材料，與其他金屬材料相比，其工業(yè)生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度都要遠(yuǎn)超過(guò)其他金屬材料，因此如何得到強(qiáng)韌性更高的超級(jí)鋼是人類社會(huì)進(jìn)入鐵器時(shí)代以來(lái)孜孜以求的目標(biāo)。2017年08月24日美國(guó)《Science》期刊發(fā)表了由京港臺(tái)三地的鋼鐵科學(xué)家發(fā)明的D&P超級(jí)鋼，就是這一從未停滯的夢(mèng)想的一次成功嘗試，實(shí)現(xiàn)了屈服強(qiáng)度超過(guò)2GPa的鋼鐵材料延展性的顯著提升。這是北科大在超高強(qiáng)鋼領(lǐng)域又一次突破（查看：《Nature》北科大研制出2.2GPa超高強(qiáng)鋼！塑性良好，大幅削減成本。）
論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/early/2017/08/23/science.aan0177
該超級(jí)鋼首先實(shí)現(xiàn)了力學(xué)性能上的巨大躍升，達(dá)到前所未有的2.2GPa屈服強(qiáng)度和16%的均勻延伸率。對(duì)比于現(xiàn)有的金屬材料，此次研發(fā)的D&P鋼具有最優(yōu)的強(qiáng)度和延展性的結(jié)合，在大部分屈服強(qiáng)度高于2.0GPa以上的金屬材料中，此次所研發(fā)的D&P鋼具有不可比擬的延展性（見(jiàn)下圖1）。
展開(kāi) 北科大呂昭平又發(fā)《Nature》！同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性
鏈接：《Nature》北科大研制出2.2GPa超高強(qiáng)鋼！塑性良好，大幅削減成本。
參考來(lái)源： 新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
【6/3更新】C919一飛沖天！需求超千噸、產(chǎn)值過(guò)億元，這一高端特殊鋼市場(chǎng)前景可期
“C919大型客機(jī)用單真空300M鋼的成功研制，對(duì)我國(guó)大型客機(jī)國(guó)產(chǎn)化具有重大意義，推動(dòng)和促進(jìn)了我國(guó)高質(zhì)量超高強(qiáng)度鋼超大規(guī)格鍛坯制造平臺(tái)的建立，使我國(guó)的航空起落架制造及材料冶金水平達(dá)到一個(gè)新高度。”王春旭強(qiáng)調(diào)。
C919飛機(jī)市場(chǎng)空間巨大，將給超高強(qiáng)鋼帶來(lái)誘人的發(fā)展商機(jī)。截至目前，C919的國(guó)內(nèi)外客戶達(dá)到28家，訂單總數(shù)高達(dá)1015架。有關(guān)專家預(yù)計(jì)，C919大飛機(jī)將在2023年實(shí)現(xiàn)批量交付、2025年具備年產(chǎn)50架的能力。根據(jù)中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心發(fā)布的《民用飛機(jī)中國(guó)市場(chǎng)預(yù)測(cè)年報(bào)（2021～2040年）》，預(yù)計(jì)2021年～2040年間，中國(guó)需補(bǔ)充民用客機(jī)7646架，其中寬體客機(jī)1561架、窄體客機(jī)5276架、支線客機(jī)809架。而據(jù)中國(guó)商飛公司和美國(guó)波音公司預(yù)測(cè)，未來(lái)20年，中國(guó)對(duì)類似C919窄體客機(jī)的需求量為每年平均300架左右，假設(shè)未來(lái)C919在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到1/3，那么C919飛機(jī)年均交付量有望達(dá)到100架，按當(dāng)前東航和中國(guó)商飛公司簽訂的單架售價(jià)6.53億元計(jì)算，C919國(guó)內(nèi)年銷售額有望達(dá)到653億元。
“根據(jù)國(guó)內(nèi)民航的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)民機(jī)用300M鋼將形成需求超千噸、產(chǎn)值過(guò)億元的重要高端航空特殊鋼產(chǎn)業(yè)，同時(shí)使我國(guó)具備民用航空主力特殊鋼躋身國(guó)際市場(chǎng)的能力，真正形成國(guó)內(nèi)大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)體系，為我國(guó)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)做出貢獻(xiàn)。”王春旭對(duì)飛機(jī)起落架用300M鋼市場(chǎng)前景做出以上預(yù)測(cè)。
02
CR929用超高強(qiáng)鋼要求更高
隨著采訪的深入，我們的話題很快轉(zhuǎn)到我國(guó)正在大力發(fā)展的大型寬體客機(jī)——CR929上。CR929是中國(guó)商飛公司和俄羅斯聯(lián)合航空制造集團(tuán)公司攜手研制的遠(yuǎn)程寬體客機(jī)，CR為中俄兩國(guó)英文首字母，基本型航程為12000公里，標(biāo)準(zhǔn)三艙280座，載客量約是C919的2倍。
展開(kāi) 汽車五金沖壓件加工廠熱沖壓成形的技術(shù)特點(diǎn)
汽車五金沖壓件加工廠中熱沖壓成形是國(guó)際上近幾年出現(xiàn)的一項(xiàng)專門(mén)用于成形超高強(qiáng)度鋼板沖壓件的先進(jìn)制造技術(shù)，也是汽車沖壓件制造領(lǐng)域內(nèi)的較為先進(jìn)的技術(shù)；
五金沖壓件加工廠在熱沖壓成形中所使用的鋼板是一種特殊的硼合金鋼板，這種鋼板不同于傳統(tǒng)的冷成形超高強(qiáng)鋼，現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的雙相鋼、復(fù)相鋼等冷成形高強(qiáng)度鋼板，一般是在常溫下通過(guò)冷沖壓的方法成形；
成形前后零件的顯微組織和機(jī)械強(qiáng)度基本不發(fā)生改變，而熱沖壓成形中所使用的鋼板在常溫下強(qiáng)度不很高，抗拉強(qiáng)度僅有400~600MPa, 具有良好的塑性與可成形性，它是通過(guò)熱沖壓成形工藝進(jìn)行成形和淬火后，零件的顯微組織由原來(lái)的鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變成均勻的馬氏體，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1500MPa 以上，硬度可以達(dá)到50HRC，而且基本沒(méi)有回彈，具有很高的尺寸精度，在鋼板中添加了硼，其目的在于提高鋼板的淬火性能，使板料的組織轉(zhuǎn)變順利進(jìn)行，此外，為了提高材料的強(qiáng)度以及其它力學(xué)性能，還添加了Ti Cr Mo Cu Ni 等多種合金微量元素；
展開(kāi) 碳纖維復(fù)合材料顛覆汽車輕量化思維
汽車輕量化的材料有很多種：包括高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、新的第三代第四代鋼，鎂合金，鋁合也是汽車輕量化很好的材料。
第六元素這款車是與波音公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。波音公司和蘭博基尼就是通過(guò)這款車，把波音 787 在夢(mèng)想客機(jī)的一些超輕量化設(shè)計(jì)，用到了蘭博基尼第六元素上：白車身、內(nèi)外飾、底盤(pán)均為碳纖維導(dǎo)入了很多全新的工程概念和工藝，并已經(jīng)將開(kāi)發(fā)成果轉(zhuǎn)移至新款 Audi R8 和 2015 年底上市的 Audi Q2 Crosslane。 這款匹配 5.2 升 V10 發(fā)動(dòng)機(jī)、六速手自一體變速器的超級(jí)跑車的整備質(zhì)量在加注燃料和其它液體之前只有960 公斤。在第六元素這款車中，我們基本上通過(guò)航空的一些經(jīng)驗(yàn)，把復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性發(fā)揮得淋漓盡致，把傳統(tǒng)的前圍、地板、后圍制成了一個(gè)零件，取代了傳統(tǒng)的 48 個(gè)零件。
復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性是它最大的亮點(diǎn)，因?yàn)樗鼤?huì)改變制造格局。我們傳統(tǒng)金屬零部件在制造的時(shí)候，非常嚴(yán)苛按照結(jié)構(gòu)、組織、性能做設(shè)計(jì)和選材。但復(fù)合材料是根據(jù)產(chǎn)品零部件具體要求，先有性能要求才能反向逆推材料基本鋪陳、通過(guò)組織的改變實(shí)現(xiàn)人為可設(shè)計(jì)性。
展開(kāi) 碳纖維復(fù)合材料顛覆汽車輕量化思維
汽車輕量化的材料有很多種：包括高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、新的第三代第四代鋼，鎂合金，鋁合也是汽車輕量化很好的材料。
第六元素這款車是與波音公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。波音公司和蘭博基尼就是通過(guò)這款車，把波音 787 在夢(mèng)想客機(jī)的一些超輕量化設(shè)計(jì)，用到了蘭博基尼第六元素上：白車身、內(nèi)外飾、底盤(pán)均為碳纖維導(dǎo)入了很多全新的工程概念和工藝，并已經(jīng)將開(kāi)發(fā)成果轉(zhuǎn)移至新款 Audi R8 和 2015 年底上市的 Audi Q2 Crosslane。 這款匹配 5.2 升 V10 發(fā)動(dòng)機(jī)、六速手自一體變速器的超級(jí)跑車的整備質(zhì)量在加注燃料和其它液體之前只有960 公斤。在第六元素這款車中，我們基本上通過(guò)航空的一些經(jīng)驗(yàn)，把復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性發(fā)揮得淋漓盡致，把傳統(tǒng)的前圍、地板、后圍制成了一個(gè)零件，取代了傳統(tǒng)的 48 個(gè)零件。
復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性是它最大的亮點(diǎn)，因?yàn)樗鼤?huì)改變制造格局。我們傳統(tǒng)金屬零部件在制造的時(shí)候，非常嚴(yán)苛按照結(jié)構(gòu)、組織、性能做設(shè)計(jì)和選材。但復(fù)合材料是根據(jù)產(chǎn)品零部件具體要求，先有性能要求才能反向逆推材料基本鋪陳、通過(guò)組織的改變實(shí)現(xiàn)人為可設(shè)計(jì)性。
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碳纖維復(fù)合材料顛覆汽車輕量化思維
汽車輕量化的材料有很多種：包括高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、新的第三代第四代鋼，鎂合金，鋁合也是汽車輕量化很好的材料。
第六元素這款車是與波音公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。波音公司和蘭博基尼就是通過(guò)這款車，把波音 787 在夢(mèng)想客機(jī)的一些超輕量化設(shè)計(jì)，用到了蘭博基尼第六元素上：白車身、內(nèi)外飾、底盤(pán)均為碳纖維導(dǎo)入了很多全新的工程概念和工藝，并已經(jīng)將開(kāi)發(fā)成果轉(zhuǎn)移至新款 Audi R8 和 2015 年底上市的 Audi Q2 Crosslane。 這款匹配 5.2 升 V10 發(fā)動(dòng)機(jī)、六速手自一體變速器的超級(jí)跑車的整備質(zhì)量在加注燃料和其它液體之前只有960 公斤。在第六元素這款車中，我們基本上通過(guò)航空的一些經(jīng)驗(yàn)，把復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性發(fā)揮得淋漓盡致，把傳統(tǒng)的前圍、地板、后圍制成了一個(gè)零件，取代了傳統(tǒng)的 48 個(gè)零件。
復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性是它最大的亮點(diǎn)，因?yàn)樗鼤?huì)改變制造格局。我們傳統(tǒng)金屬零部件在制造的時(shí)候，非常嚴(yán)苛按照結(jié)構(gòu)、組織、性能做設(shè)計(jì)和選材。但復(fù)合材料是根據(jù)產(chǎn)品零部件具體要求，先有性能要求才能反向逆推材料基本鋪陳、通過(guò)組織的改變實(shí)現(xiàn)人為可設(shè)計(jì)性。
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展開(kāi) 劉錦川院士《Science》：超高強(qiáng)度+高塑性合金！
國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature》11月14日在線發(fā)表了呂昭平教授團(tuán)隊(duì)繼去年超高強(qiáng)鋼后又一突破性研究進(jìn)展。詳情點(diǎn)擊→北科大呂昭平又發(fā)《Nature》！同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性。
劉錦川團(tuán)隊(duì)以塑性無(wú)序多組分基體FCC型Fe-Co-Ni和塑性有序的多組分Ti-Al金屬間化合物納米顆粒進(jìn)行復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的平衡。基于這一原理，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列超合金，其中 (FeCoNi)86-Al7Ti7 (Al7Ti7) 合金室溫拉伸斷裂強(qiáng)度超過(guò)1500MPa，延伸率仍高達(dá)50%。這項(xiàng)研究為高強(qiáng)度和高塑性的高熵合金的設(shè)計(jì)和發(fā)展，提供了新策略和新思路。
圖1 合金設(shè)計(jì)與微結(jié)構(gòu)表征
圖2 MCINPs的形態(tài)和多組分特性
圖3 MCINPS在常溫下的高強(qiáng)-高塑配合
圖4 MCINPS合金在常溫下的加工硬化行為和微觀機(jī)制
劉錦川，1937年10月12日出生于中國(guó)四川省，美國(guó)籍，材料科學(xué)家，美國(guó)國(guó)家工程院院士 [2] ，中國(guó)工程院外籍院士、臺(tái)灣中央研究院院士，香港城市大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料研究中心大學(xué)杰出教授。
主要從事材料科學(xué)與工程和先進(jìn)金屬材料的研究工作。在金屬間化合物、貴金屬合金設(shè)計(jì)和大塊金屬玻璃材料等領(lǐng)域均做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，是國(guó)際材料界具有重要影響的杰出科學(xué)家。
展開(kāi) 輕量化技術(shù)和材料在汽車工程中的應(yīng)用
輕量化技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算仿真、材料技術(shù)、制造工藝、連接技術(shù)及試驗(yàn)評(píng)價(jià)等多方面內(nèi)容，結(jié)構(gòu)質(zhì)量的降低是多因素協(xié)同作用的結(jié)果，超高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維復(fù)合材料等輕量化材料的使用是關(guān)鍵因素。本文從設(shè)計(jì)、材料、工藝3個(gè)角度對(duì)輕量化技術(shù)進(jìn)行介紹，并著重對(duì)主要輕量化材料的性能特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。
1 結(jié)構(gòu)輕量化的技術(shù)路徑
1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)
結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是指在原經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）的方法，對(duì)材料的承載狀態(tài)、工藝特性進(jìn)行仿真，進(jìn)一步指導(dǎo)對(duì)原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要包括拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化等。引入CAE仿真方法，對(duì)零部件及整車進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可明顯提高車輛的輕量化設(shè)計(jì)水平。
整車開(kāi)發(fā)流程中一般會(huì)對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行多輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化是在零部件概念設(shè)計(jì)階段，基于零部件的主要載荷狀態(tài)，使材料在設(shè)計(jì)空間內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化分布，以獲得最優(yōu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。尺寸優(yōu)化及形狀優(yōu)化是在拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)整局部的材料分布、形狀、形貌等詳細(xì)設(shè)計(jì)，以獲得最終的結(jié)構(gòu)方案。各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化原理如圖1所示。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)已在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有了較多應(yīng)用。莊海濤等對(duì)某車型轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向節(jié)的材質(zhì)為40Cr，質(zhì)量為4.29 kg，優(yōu)化后質(zhì)量為3.9 kg，減重0.39 kg，減重比例為9%。王振東等[5]對(duì)某乘用車后下控制臂進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化前控制臂質(zhì)量為7.5 kg，拓?fù)鋬?yōu)化后控制臂質(zhì)量為5.5 kg，減重2 kg，減重比例為26.6%。
展開(kāi) 2023第十屆中國(guó)（廣州）國(guó)際汽車技術(shù)展覽會(huì)
展品范圍：
1、 整車展技術(shù)區(qū)：采用新技術(shù)、新材料的商用車、乘用車、概念車以及相關(guān)零部件等；
2、 汽車電子展區(qū)：電子零部件/材料、半導(dǎo)體、車載系統(tǒng)、測(cè)試工具、ADAS、軟件硬件系統(tǒng)等；
3、 新能源汽車技術(shù)及充電設(shè)備展區(qū)：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)、變頻器、轉(zhuǎn)換器、零部件、材料、電池、充電器、制造設(shè)備、充電設(shè)施、線束線纜、線束加工設(shè)備等；
4、 汽車輕量化技術(shù)及汽車材料展區(qū)：金屬/非金屬輕量化材料、輕量化零部件、成型/加工技術(shù)及設(shè)備、設(shè)計(jì)工程、模擬等；
4.1 汽車用鋼專題展示區(qū): 先進(jìn)高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案、汽車用齒輪鋼、軸承鋼、彈簧鋼、汽車用硅鋼等
4.2 汽車用鋁及鋁制零部件展示區(qū)：鋁鑄鍛件、鋁制車身及部件、鋁車輪、鋁制部件、制造裝備等；
5、 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)展區(qū)：M2M系統(tǒng)/設(shè)備、駕駛管理/車輛管理、車載娛樂(lè)設(shè)備、車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品及服務(wù)等；
6、 汽車測(cè)試測(cè)量展區(qū)：測(cè)試模擬、振動(dòng)測(cè)試、環(huán)境測(cè)試、電磁兼容(EMC)分析、車載診斷系統(tǒng)、噪聲、振動(dòng)與舒適性 (NVH)、 發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣分析、第三方測(cè)試、汽車制造在線檢測(cè)、零部件加工檢測(cè)、自動(dòng)化測(cè)試等等；
7、 汽車自動(dòng)駕駛展區(qū)：傳感技術(shù)、動(dòng)態(tài)地圖技術(shù)、汽車導(dǎo)航技術(shù)、半導(dǎo)體/人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全解決方案、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)解決方案、測(cè)試解決方案、無(wú)人駕駛汽車等
日程安排
布展時(shí)間：2023年10月30-31日（9:00-17:00）
開(kāi)幕時(shí)間：2023年11月1日（9:30）
展出時(shí)間：2023年11月1-3日（9:00-16:30）
撤展時(shí)間：2023年11月3日 （16:00）
展開(kāi) 