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高分子材料問世至今僅有一百多年的歷史，但其發展速度之快及應用范圍之廣，使它和鋼鐵、木材、水泥一起構成現代社會的四大基礎材料。與其它材料相比，高分子材料具有非常優良的成型加工性能和機械強度，這與其特殊的結構、分子量大小和分子量的差異程度（分子量分布）有著非常密切的關系。

“高分子材料數字仿真技術大講堂”作為“仿真大講堂”系列活動的第7期，邀請到“長江學者”特聘教授、北京化工大學機電工程學院院長楊衛民作報告分享。楊衛民院長的報告題目為《高分子材料智能制造數字仿真技術》。

</p><p><br></p><p><strong>共混改性:</strong>通過TEM觀察高分子共混體系的微觀結構，如相分離、相界面、分散程度等，有助于優化共混配比和工藝條件。</p><p><br></p><p><strong>功能化改性:</strong>在功能化高分子材料中，TEM可用于觀察功能基團的引入對材料微觀結構的影響，以及功能化后的性能變化。

生成卡片：通過軟件導出符合MAT169格式要求的材料卡片，包含所有必需和條件性卡片材料卡片定制國高材分析測試中心聯合行業仿真機構，為客戶提供材料力學性能樣件測試及仿真軟件材料卡片生成服務，具體內容如下：1.按照客戶的技術要求，進行高分子材料試驗（單向拉伸，缺口拉伸，剪切，雙向拉伸，沖孔，三點彎等）。

在汽車工業中，非金屬材料的廣泛應用為汽車輕量化、功能多樣化發展提供了可能。而機械性能作為決定非金屬材料能否在汽車上可靠使用的關鍵因素，直接影響汽車的安全性、耐久性與舒適性。例如，車身結構件的機械性能若不達標，在碰撞時無法有效吸收能量，會嚴重威脅駕乘人員安全；內飾部件機械性能不佳，可能導致過早損壞，影響用戶體驗。

而隨著近年來納米流體具有優異的傳熱性能，成為了一種新型的導熱介質，滿足了熱系統高負荷的傳熱冷卻要求和微尺度狀態下的強化傳熱要求，在殼管式、雙管式、平板式等不同類型換熱器中的傳熱研究需求也不斷增大，廣泛應用于汽車、化工、太陽能集熱等不同領域。這也對液體的導熱性能測試提出了需求，現目前已有導熱性能的測試手段有6種，根據傳熱的特點和原理進行劃分。

在橡膠制品（如密封件、輪胎、減震器）的開發中，高精度仿真已成為優化設計、預測耐久性的核心環節。仿真結果的可靠性，根本上取決于輸入材料模型的準確性。當前行業普遍的痛點在于：傳統的標準測試數據，無法充分表征橡膠在實際復雜工況下的非線性、時間相關與疲勞損傷行為，導致仿真與實物性能存在顯著偏差。為實現仿真驅動設計，關鍵在于構建一個精準、完備的材料參數體系。

（三）分析汽車材料敏感度對于汽車車身材料的匹配優化，通常還需要對其敏感度進行分析，具體可采用正交試驗的方法進行敏感度分析。通過敏感度分析，能夠對多種影響類因素的主次順序進行有效的判定。車身材料一般都是使用高強度鋼，而使用更高強度的剛強度鋼需要較高的成本。所以，就必須保證所選擇的部件材料，其碰撞性能獲得更好的改善，這樣才能極大的避免汽車本身車身材料和成本的浪費。

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圖：左下方的是鍛造輪圈截面，右上方是鑄造輪圈截面，從照片已經可以看到兩種制造方法，其金屬組織的區別，鑄造的金屬顆粒塊較大，鍛造輪圈則基本上看不出金屬顆粒。圖：左圖是鑄造的微觀結構，右圖是BBS鍛造的微觀結構。分子顆粒越細，材料韌性越高，抗沖擊的強度也越好。圖：日本BBS的研發中心，負責輪圈的設計，制定生產流程，以及輪圈成品的測試。

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隨著全球對環境和能耗的關注日益提高，包括復合材料、工程塑料和橡膠在內的高分子聚合物材料，因其材料性能具有較高的強質比，被越來越多的應用到汽車輕量化設計當中。但是，相對于傳統金屬材料，聚合物材料在不同溫度和加載速率下所表現出了巨大差異性和敏感性，這些差異包括彈性模量、峰值應力、應力應變曲線以及失效應變。

不同材料在不同環境條件下會展現出千變萬化的形態與復雜多面的行為屬性。汽車行業采用的材料豐富多樣，從常見的塑料、金屬到最近炙手可熱的輕質高強復合材料。此外，汽車的結構與零部件復雜而精密，且應用在不同的部位，以多樣的拓撲形狀，因此所使用的材料也需要體現出完全不同的特性。材料卡片是指包含了模擬仿真所需的所有材料性能數據的集成文件，可直接導入汽車研發時應用的仿真軟件進行使用。

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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。

而高分子熔體或溶液的彈性，或者處于黏流態下的高分 子的彈性，其發生總是伴隨不可逆的黏性流動，也因此稱之為黏彈性；其原理與高分子纏結形成的不完善的網絡結構有關，這種網絡也不同于交聯橡膠網絡。 所謂線性黏彈性，是指高分子在小變形下的流變行為。比如，用旋轉流變儀測試高分子的動態黏彈性（交變的 應力、應變），就是測試其在小振幅、小形變下的線性黏彈性。

比如聚乙烯，作為典型的結晶型高分子材料，在加熱過程中，當溫度達到其熔點時，原本緊密排列的結晶結構被破壞，分子鏈的活動范圍大幅增加，材料的體積迅速膨脹，在 PVT 曲線上呈現出顯著的變化。這種不同類型材料 PVT 曲線的差異，為我們區分和研究高分子材料提供了重要的依據。

濕熱老化試驗通過模擬溫度和濕度環境對高分子材料進行加速老化，以評估材料在應用過程中的耐溫度和濕度的老化性能。▎測試儀器：濕熱老化試驗箱▎適用產品范圍：塑料、橡膠等高分子材料。▎樣品要求:試驗樣品應在不包裝、不通電、準備使用狀態或按有關標準的其他規定放入試驗箱中。

國高材分析測試中心一方面，幫助企業在產品設計階段就能及時排除因材料選擇、模具設計等因素，造成的滯留、短射、困氣、熔接線等缺陷；另一方面，對汽車車體受力瞬間進行仿真模擬，實現汽車車體防撞性的準確預估，從而優化結構設計、合理選擇材料、縮短研發周期、提高車身安全性。