汽車材料優化的案例
CAE在汽車結構及材料優化中的仿真分析與應用
在汽車行業，從最初的線彈性部件分析到汽車結構中大量的非線性問題分析，到現在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應用項目幾乎可以涵蓋所有環節。
今天和大家分享的是：汽車設計中的結構/材料優化分析。
結構/材料優化
優化設計包括尺寸優化、形狀優化、形貌優化和拓撲優化，而表現在汽車設計中則有輕量化、材料節能環保、提高動力性能等。在維持汽車重要區域原結構、車身模態和剛度性能等基本不變的基礎上，對于其他部位進行優化從而達到輕量化、新型材料應用等。基于CAE分析的優化設計也常用于新車型的開發。
近年來，隨著對汽車本身的安全性要求不斷攀升，對汽車車身結構安全部件材料的優化設計就顯得異常重要！
針對此材料和厚度的交互性問題，推出其匹配優化的設計方式。首先主要通過傳力路徑和能量分析的方式初步選取相應設計部件。然后由此進行敏感性的分析，這樣才能更準確的找出最受影響的安全部件作為設計的對象，從而真正解決難以選取設計對象的問題。
同時可針對所選取的設計對象，采用優選近似模型和多目標優化的方式對其厚度和材料實施匹配和優化，這樣就充分的利用了兩者的交互性，真正實現材料和厚度的變量混合。
一、汽車安全部件的選定分析
（一）分析汽車傳力路徑
主要針對其正碰當中的流動應力進行分析，可通過明確其車應力變化和部件截面展開分析。其傳力路徑具體表現在以下幾點：
車輛本身和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生變形，會將力直接傳遞至上縱梁，然后通過上縱梁傳遞至A柱上端位置，最后直接向后傳遞。
當車輛和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生扭曲，會直接將沖撞力轉移至前縱梁，然后直接傳輸至A柱下端、門檻梁以及底板縱梁等位置，最后向后傳遞。
展開 工藝設計優化對汽車整車材料利用率提升的影響
隨著汽車行業競爭不斷加劇，現階段主要通過技術創新的手段提高產品質量，同時以工藝優化的方式，實現降本增效。本文分析改變成形方式、落料排樣、廢料再利用、合模工藝、套件成形以及部分沖壓件板材選用激拼焊板等工藝設計優化中材料利用率提升的方案，運用其工藝方法，有效的提升整車材料利用率，從而降低了產品開發成本，提高產品的市場競爭力。
隨著汽車行業競爭日益加劇，影響汽車競爭力的因素更加廣泛。除了汽車品牌、產品質量、售后服務等因素外，成本和利潤也是影響汽車在行業競爭力的一個重要指標。在車身成本中，白車身成本占據重要的地位。沖壓作為汽車生產的重要環節，在工藝設計階段，通過工藝設計優化和新技術的應用，可以提高沖壓材料利用率，提升產品的質量，從而控制整車成本，提高產品收益。目前沖壓材料利用率提升技術的研究是眾多主機廠在產品開發中重要工作內容之一。
材料利用率提升可通過多種工藝方法實現，如圖1 所示。本文通過分析產品工藝性，在產品設計階段及模具工藝設計階段，制定應用新工藝技術，提高材料利用率。
零件形狀和分塊
在進行材料利用率分析之前需要了解沖壓件的初期工藝規劃，分析各工序的工作內容，對模面和坯料形狀有基礎的構思。在產品數據階段可以從產品零件的分塊、產品局部特征的優化修改和廢料再利用等角度考慮，如圖2(a)中所示沖壓件，檢查產品結構分塊是否有利于廢料的減少和材料利用率的提升。圖2(a)中結構分塊不合理，因形狀的特殊性，會產生較多的廢料。圖2(b)中修改零件的分塊特征，將圖2(a)的一個零件分為兩個零件，分件后兩種零件的形狀都相對比較規則，可以使材料利用率有較大提高。
圖1 材料利用率提升相關工藝方法
圖2 零件分塊
成形方式的選擇
零件特有的形狀和特征，是通過模具凸凹模型面來獲得的。
展開 汽車用碳纖維復合材料防撞梁鋪層角度優化
汽車用碳纖維復合材料防撞梁鋪層角度優化.pdf
【材料知識】電動汽車用阻燃材料有哪些？
開發高性能塑料用阻燃劑
配套汽車零部件高分子材料用的阻燃劑，未來應是朝著無鹵化及高性能化方向發展，而高性能阻燃劑研究重點將朝著復配協效阻燃技術、無鹵化阻燃、膨脹型阻燃、超細化、納米化技術、高效表面化學修飾技術以及多功能化技術等方向發展。
汽車零部件材料改良優化
目前國內改性塑料仍有較高的技術門檻，不僅僅在強度、硬度、韌性等基礎要求的標準再提高，同時在電學性能、衛生安全性能以及環境友好性能等方面也不斷提出新的要求，汽車零部件用高分子材料也將向著性能高端化、功能定制化方向發展。
光有高性能阻燃劑還不夠，還需要在各項特殊性能上有所提高，才能提升汽車零部件用阻燃高分子的綜合性能。
加強促進阻燃材料制品立法
目前，還沒有比較健全的汽車阻燃領域的法律法規以及測試方法，為更好地服務及推動汽車零部件阻燃行業的發展，制定出更有效的汽車零部件用阻燃高分子材料測試方法和產品法規將有重要意義。
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展開 
汽車材料搶先看：AUTO TECH China 2025 廣州國際先進汽車材料技術展覽會即將來襲！
會議將以 “汽車輕量化技術暨創新型車用材料研討會” 為話題，邀請來自全球的汽車材料領域專家、企業高管，共同探討行業前沿話題，包括汽車材料技術論壇議題等。這些論壇將為參會者帶來最前沿的行業觀點和技術發展方向，促進產學研的深度融合。</p><p><br></p><p>此外，展會專門設置了技術對接與商務洽談區，為參展企業與采購商、供應商搭建高效的溝通橋梁，促進項目合作與技術轉化，助力行業在技術創新、市場拓展等方面實現新的突破。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://file.dripcar.cn/news/202505281611449585.jpeg?x-oss-process=image/format,jpg/auto-orient,1/interlace,1/resize,p_70/quality,q_90"></p><p><br></p><p><strong>把握市場脈搏，搶占發展先機</strong></p><p><br></p><p>在全球化競爭日益激烈的背景下，汽車材料展覽會為企業提供了洞悉市場動態、拓展商業版圖的絕佳契機。對于材料供應商而言，通過展會能夠精準對接全球車企需求，展示產品優勢，獲取潛在訂單，提升品牌國際影響力；汽車制造商則可在展會上挖掘優質供應商，優化供應鏈體系，降低采購成本，同時及時掌握行業前沿趨勢，為產品研發與戰略布局提供有力支撐。此外，展會同期舉辦的高端論壇、技術研討會等活動，匯聚了行業專家、企業領袖的智慧與觀點，為企業把握市場脈搏、制定發展戰略提供重要參考，助力企業在激烈的市場競爭中搶占先機。
展開 AMESim仿真優化實例：基于AMESim的汽車制動踏板感覺仿真及優化
6 結束語
本文以某SUV 為研究對象，分析其制動系統并在AMESim上搭建了制動系統仿真模型，基于模型分析了8 個主要參數對踏板特性的影響，引入BFI 對車輛踏板感覺進行客觀評價，并進行優化，較大幅度提升了汽車制動踏板感覺。同時，建立的仿真模型還可用于分析搭載傳統制動系統的車輛在不同工況下的制動性能，研究結果也可為智能汽車ACC、AEB系統的踏板感覺特性提供參考。
下一步可以開展制動部件參數對制動踏板感覺的貢獻度研究，對各參數進行量化排列。同時，可將真空助力器換為電子助力器，開展智能汽車ACC、AEB 系統制動踏板感覺研究。
展開 基于Abaqus優化模塊的汽車擺臂的拓撲優化 ￥8
拓撲優化設計案例
3.1 拓撲優化設計過程
先試算Abaqus 初始結構模型，以確認邊界條件、結果是否合適，然后結合下圖的Abaqus/CAE 優化模塊，設置優化設計：
1) 創建優化任務。
2) 創建設計響應。
3) 應用設計響應創建目標函數。
4) 應用設計響應創建約束（可選） 。
5) 創建幾何限制（可選） 。
6) 創建停止條件。
7) 以上設置完成，進入Job 模塊創建優化進程，并提交分析。
3.2 汽車擺臂的拓撲優化
本例以下圖的汽車擺臂作拓撲優化對象，在滿足性能的前提下，最輕化結構。
3.2.1有限元模型
1) 材料：此汽車擺臂的有限元模型材料為鋼材，小應變；
2) 分析步：設置了3個線性靜態分析步；
3) 耦合約束：分別Coupling 相應節點到參考點上(A 、B、C、D)；
4) 邊界條件：約束B點的Y、Z自由度，C點的X、Y、Z自由度，D點的Z自由度；
5) 集中力加載：在1、2、3 分析步，分別對A點加載X、Y、Z方向的1000N集中力。
提交有限元模型進行求解，得到的結果如下圖，可大概了解結構的加載變形情況。查看應力云圖可知近藍色區域應力值幾乎為0，即其對結構強度并無貢獻，也正是拓撲優化需要刪除的區域。
展開 汽車材料展︱2025 廣州國際汽車輕量化技術及車用材料展覽會
汽車材料展︱2025 廣州國際汽車輕量化技術及車用材料展覽會
Asia's Leading Exhibition for Automotive Lightweight Technologies and Auto Materials !
AUTO TECH 廣州國際汽車輕量化技術及車用材料展是關于各種先進汽車材料及汽車輕量化的解決方案，如汽車輕量化金屬與非金屬材料、輕量化部件、設計、焊接等，參加本次展會能夠幫您迅速擴展業務！
汽車智能化和電動化變革，推動著汽車材料的創新，Automotive Lightweight Technology & Materials Expo 是以展示與汽車先進材料以及輕量化技術相關的專業展會。來自世界各地的汽車OEM廠商及一二級零部件供應 商將到場參觀，尋找最新技術。本展是從事汽車開發相關業務專業人士"必定要參加"的年度例會之一！是您拓 展在汽車行業的業務量和影響力的最佳商務平臺！
2025 廣州國際汽車輕量化技術及車用材料展覽會是 AUTO TECH 2025 華南展專題展之一，將于2025年11月20-22日在廣州保利世貿博覽館盛大舉辦，與汽車內外飾技術展、新能源汽車技術展、汽車電子技術展、汽車軟件與安全技術展、汽車測試測量技術展等聯袂呈現；屆時將匯集全球500多家領先參展商向廣大汽車工程師展示先進的輕量化技術及汽車材料產品；同時組委會邀請諸如廣汽、日產、豐田、本田、比亞迪、特斯拉、小鵬、蔚來、理想、東風、長安、上汽、吉利、長城、奇瑞、通用、奔馳、寶馬 、大眾、一汽、博世、大陸、寧德時代、電裝、德賽西威等汽車OEM廠商及Tier 1 & 2 供應商的上萬名采購、技術工程師匯聚一堂，參加展會。
展開 汽車非金屬材料機械性能測試內容有哪些？
通過測量擺錘沖擊前后的能量變化，計算出材料的沖擊強度，評估其沖擊性能。
4、壓縮性能測試
壓縮性能測試主要測定材料在壓縮載荷作用下的性能，如壓縮強度、壓縮模量、壓縮變形等。對于汽車內飾的泡沫材料、橡膠緩沖墊等，良好的壓縮性能能夠保證其在承受壓力時起到有效的緩沖和支撐作用。測試時，將材料制成標準試樣，放置在壓縮試驗機上，以恒定速率施加壓縮載荷，記錄壓縮過程中的力 - 位移曲線，通過數據分析得出壓縮性能指標。
5、剪切性能測試
剪切性能測試用于評估材料在剪切載荷作用下抵抗剪切變形和破壞的能力。在汽車制造中，膠粘劑的剪切性能直接影響到部件連接的可靠性；一些零部件在工作過程中也會受到剪切力的作用。測試時，將試樣安裝在剪切試驗裝置上，施加剪切載荷，測量材料在剪切過程中的剪切力和剪切位移，計算出剪切強度、剪切模量等剪切性能指標。
汽車非金屬材料的機械性能測試涵蓋拉伸、彎曲、沖擊、壓縮、剪切等多個方面，每個測試項目都從不同角度揭示材料在受力情況下的性能表現。這些測試對于保障汽車的質量和安全、推動汽車非金屬材料的優化與創新具有不可替代的作用。北京沃華慧通測控技術有限公司在未來的研究和生產中，會持續優化機械性能測試技術的發展，不斷完善測試方法和標準，以更好地適應汽車工業對非金屬材料日益嚴苛的性能要求。
展開 汽車懸置高頻動剛度測試試驗臺架--汽車聲學特性優化
高達2000 Hz頻率下的發動機懸置的振動傳遞特性
在產品開發初期，復合材料懸置的高頻動態特性研究已成為大眾汽車公司研究車輛聲學特性的重要工具。 隨著知識和經驗的獲取，盡管沒有預先優化的原型車可用，但是一些零件已可在開發階段進行修改，圖9顯示了三個幾何尺寸相同的液壓阻尼發動機懸架的動剛度曲線，三個懸置在500Hz頻率以下的發動機動剛度相同，但在較高頻率下，其動剛度存在顯著差異。 很明顯，這些差異顯著影響車體的振動傳播。
圖9：頻率范圍達到2000 Hz的三個結構相同的發動機懸置的動剛度測試曲線
進一步的研究表明，液壓懸置膜的結構改進可以顯著降低發動機懸置在高于500Hz的高頻范圍內的動態剛度，圖10提供了優化件和標準件之間的動態剛度特性比較曲線。
圖10：標準懸置件和優化懸置件之間動剛度的差異
圖11中顯示了車內發動機懸置前后2個測量點加速度值，標準件和優化件的加速度并排顯示，上面的圖像顯示了懸置前方測點加速度，下圖顯示了懸置后方測點加速度，右下方面板顏色顯示了優化懸置基點加速度水平的降低。這顯示加速度的降低與車輛內部的聲品質顯著提高有極大關系。
圖11：發動機懸置前后的加速度
左：原標準懸置 右：優化懸置
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展開 直播推薦 |如何應用HyperStudy+Feko進行吸波材料/透波材料的快速優化
課程內容：
1、 常用的工程優化技術背景
2、 為什么采用HyperStudy來進行電磁場的優化
3、 HyperStudy結合Feko進行優化的流程與思路
4、 案例分享與技術答疑
培訓時間：
2020年11月26日（周四） 19::30~ 21:30
主講講師：
焦金龍
目前就職與Altair公司，高頻電磁團隊高級技術經理，具有8年以上天線設計經驗； 13年以上電磁仿真的工程應用經驗； 豐富的系統級電磁兼容仿真與工程經驗； 專業與研究方向：電磁兼容、天線設計、天線罩及多物理場、計算電磁學與電波傳播等。
點擊圖片或點擊報名鏈接報名：https://www.yqgqt.org.cn/live/10814
展開 
汽車材料的高速碰撞材料卡片及其應用方法
實車碰撞一直是考核車輛被動安全性的權威方法，為了評價某車型并滿足汽車安全標準，需要投入數百萬美元進行數百次試驗，使得汽車碰撞的計算機模擬成為整車開發的必由之路。
1 影響斷裂的因素
影響材料斷裂的因素主要包括：塑性應變、加載類型（拉伸、壓縮、剪切）、應變率、材料的離散性、非線性應變路徑、網格大小和類型等等。
2 斷裂模擬的方法
材料在不同的受力狀態下，斷裂特性是不一樣的。舉個例子，一塊金屬，很容易把它拉斷，但是很難把它壓壞。拉、壓可以理解成是材料的一種應力狀態。例如車用的薄板材料，一般可以用應力三軸度來描述其應力狀態。在某個應力三軸度下，材料的斷裂特性，用失效應變來表示。把所有的應力三軸度下的失效應變連成一條曲線，如下圖所示。一般用這條曲線來描述材料的斷裂特性。
1）常應變失效
在以前的碰撞仿真技術中，我們常使用單軸拉伸獲得的斷裂應變來評價材料是否發生斷裂，這就是常應變失效準則。相當于用材料在單向拉伸受力狀態下的失效特性表征所有受力狀態下的失效特性。這就會導致一個問題——材料拉伸的時候容易斷，但是在壓縮的時候基本很難斷裂，只使用拉伸的斷裂應變來表達材料所有受力狀態下的斷裂應變，就會導致仿真中材料在壓縮的時候過早發生斷裂，與真實情況不符合。所以這種方法只是對實際復雜斷裂特性的一種極簡近似處理。一些仿真軟件中已經在很多材料模型里增加了失效特性設置，我們最常見的是在MAT_024號材料模型中添加應變失效（plastic strain at failure），添加該參數之后可以理解成，應力三軸度-失效應變曲線為一條直線。
2）GISSMO
與常應變失效相比，GISSMO失效模型允許用戶定義在不同應力三軸度下設置不同的失效應變，該模型可以比較好地模擬材料復雜的失效行為。
展開 基于AMESim的純電動汽車熱管理系統的優化設計 附AMESim優化過程基礎操作及DOE&遺傳算法G
基于AMESim軟件建立了完整的純電動汽車的熱管理系統模型，并通過整車實驗驗證了模型的正確性．在此模型的基礎上，本文分別對水冷系統、高溫環境下的熱管理系統及爬坡工況下的熱管理系統進行了優化設計，并對熱管理系統的控制策略進行了優化，使熱管理系統能適應不同工況和環境溫度的整車熱管理要求．本文基于AMESim軟件對純電動汽車的熱管理系統進行優化設計的方法為研究和開發純電動汽車的熱管理系統提供了思路和參考。
0引言
純電動汽車是未來汽車發展的重要方向，也是目前發展最快的新能源汽車之一．為了系統地研究純電動汽車的能量流動，需要對它建立完整的熱管理系統．這不僅是汽車零部件散熱的需求，更是提高整車能源效率的重要手段．
本文利用AMESim軟件搭建了一套比較完整的純電動汽車熱管理系統的仿真模型，并通過實驗驗證模型的正確性，并在此模型基礎上對整車熱管理系統進行優化設計．
1純電動汽車熱管理的要求
本文研究的純電動汽車的參數如表1所示．
本文研究的整車熱管理系統主要包括兩部分：電動汽車前艙水冷系統和電池包風冷系統．其中水冷系統的結構如圖1所示。
展開 基于ANSYS的汽車轉向節拓撲優化仿真分析
通過對汽車轉向節結構的拓撲優化設計，可以有效地提高其結構強度、降低其重量和成本，并且能夠在保證其安全可靠性的前提下實現產品性能的優化。拓撲優化在汽車轉向節設計中的應用主要包括兩個方面：一是在原有結構的基礎上進行優化改進，二是對新型結構進行設計優化。無論是對于傳統結構的優化改進還是新型結構的設計優化，拓撲優化均可以有效地提高汽車轉向節的性能和使用壽命。因此，拓撲優化在汽車轉向節設計中的應用具有非常廣泛的前景和重要的應用價值。
2.3 拓撲優化的原理和方法
拓撲優化的原理基于材料優化理論和結構力學原理，通過對結構的材料分布和形狀進行重新設計和優化，達到在滿足一定約束條件下，實現結構輕量化、強度提高、剛性增強等多種優化目標的效果。拓撲優化的方法通常包括以下幾個步驟：
建立結構的初始模型和有限元模型，確定材料屬性和約束條件；在模型中選擇需要優化的區域和參數，定義優化目標和約束條件；進行拓撲優化計算，通過自動添加或刪除材料，調整結構形狀和材料分布，實現優化目標的達成；對優化結果進行評估和驗證，確定最終的優化結構和參數；基于優化結果，建立工程化結構數模[2]。
3 多目標拓撲優化目標函數的建立
3.1 工藝約束的考慮
在汽車轉向節的設計中，工藝約束是必須要考慮的因素之一。首先需要考慮到生產工藝的限制，如鑄造、鍛造、機械加工等。同時，還需要考慮到成本、重量、強度等方面的要求。在拓撲優化中，要合理設置這些工藝約束，以保證最終的優化結果能夠被實際生產并達到預期的性能指標。例如，在進行優化時可以限制結構的最大厚度和最小彎曲半徑，以避免生產過程中的加工難度和成本上升。同時，還可以加入材料成本、制造成本等因素的考慮，從而得到更加經濟合理的設計方案。因此，在進行汽車轉向節拓撲優化時，充分考慮工藝約束是十分必要的。
展開 汽車輕量化材料進程路線及CNF材料技術發展
在汽車中，目前也出現了一些新型鋁合金材料，如泡沫鋁合金、快速凝固鋁合金、鋁基復合材料等。這些鋁合金材料主要使用是在車身和底盤系統中。一臺鋁合金車身的皮卡車型，可以實現40%左右的減重。
泡沫鋁在汽車制造中的應用多為泡沫鋁夾層結構。泡沫鋁夾層結構包括泡沫鋁異型件、泡沫鋁夾層板和泡沫鋁充填結構等。泡沫鋁夾層結構的芯層為泡沫鋁,內外包覆層為鋁板或其他金屬薄板。對于泡沫鋁夾層結構設計的優化涉及兩個主要因素:包覆層的厚度和泡沫鋁芯材的合適密度。
泡沫鋁在汽車上的應用
泡沫鋁材被認為是一種大有前途的未來汽車與其他交通運輸工具的良好材料。泡沫鋁材在汽車制造中的應用多為三明治式的三夾板，即：其芯層為泡沫鋁或泡沫鋁合金，上下層為鋁板或其他金屬薄板。據測算，汽車車身構件約有20％可用泡沫鋁材制造，一輛中型轎車如采用泡沫鋁材制造某些零件可減重27．2kg左右，既可節約能源又可減輕對環境的污染。采用泡沫鋁材結構，可大大簡化結構系統，零部件數至少可減少1／3。
德國科學家系統研究了泡沫零件的生產，他們用鋁粉和鈦氫化物粉末相混合，再將混合物填放到鋼皮制作的模型中，該模型與汽車部件大小一致，然后把這充滿混合物的模型加熱到鋁的熔點，這時氫氣會從鈦氫化物中逸出，從而使熔化的鋁產生泡沫。當此鋼皮模型完全冷卻之后，便形成固體泡沫鋁。具有整塊結構、重量均勻的泡沫鋁在強度上比鋁更高。鋼皮模型也增強了部件的強度，600～700℃的熔點溫度能使泡沫鋁和鋼皮模型實現可靠粘接。
德國卡曼汽車公司用三明治式復合泡沫鋁材制造的吉雅輕便轎車(Ghiaroadster)的頂蓋板的剛度，比原來的鋼構件大7倍左右，而其質量卻比鋼件輕25％。此外，還有更高的吸收沖擊能與聲能的效果。
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