【干货】汽车轻量化材料的力学性能研究

　　新能源汽车网讯 汽车轻量化可以有效的实现节能减排的目的。实现汽车轻量化主要从材料、结构、工艺三个方面入手，而采用新型材料是汽车轻量化最直接也最有效的方法，因此很有必要对各种轻量化材料的力学性能进行深入研究。

　　由于节能环保的需要，汽车轻量化已成为必然趋势。2013年中国汽车的平均油耗为7.5L/100km；国家规划的节能减排目标为：2015年新车的油耗要下降到6.9L/100km，2020年达到5.0L/100km，因此汽车轻量化迫在眉睫。实现汽车轻量化的手段也有很多，包括材料、结构和工艺三个方面。轻量化材料的应用是汽车轻量化中最基础，也是最核心的手段，受到汽车业界的广泛关注。

　　常见的轻量化材料分为金属和非金属两大阵营。金属材料主要包括高强钢、铝合金、镁合金等；非金属材料包括工程塑料和复合材料等。这些新材料在实际应用时会遇到多种多样的问题，比如替换材料后汽车的安全性、舒适性、动力性、操控性、经济性往往都会有所改变，需要重新审视。其中安全性涉及到驾车和乘车人的生命安全，所以尤为重要，而汽车碰撞安全要求也在逐年提高，有限元仿真的方法是碰撞安全设计的重要手段，但如何才能准确的利用有限元仿真预测碰撞过程中的力学性能呢？答案是准确的材料力学性能表征。铝合金材料优点很多，它的密度是钢的1/3，比吸能是钢的2倍，延伸性好、耐腐蚀易回收，且其铸造性能良好，可加工成不同形状，是目前最为热门的轻量化材料之一。目前很多车型如奥迪A8、捷豹XFL等均已采用全铝车身，因此本文以铝合金为主要对象，对其独特的力学特性进行简单的介绍。

铝合金在车身上的应用

　　铝合金材料种类很多，汽车中应用的主要包括2系、5系、6系和7系铝，其形式包括板材、型材、管材及高性能铸铝。不同牌号铝合金的力学性能也会存在较大的差异。传统金属材料力学性能参数主要包括材料静态下的弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度、延伸率等，但汽车在汽车碰撞过程中所经历的高应变率范围往往在0-1000/s的量级范围，且材料的变形/断裂模式也不仅仅是单轴拉伸工况。这些加载条件的变化对铝合金材料的力学响应有很大影响。

　　那么如何较全面的表征铝合金材料力学性能，获得整车有限元仿真中所需要的数据呢？我们需要进行铝合金材料不同应变率的拉伸试验，获取材料的弹塑性数据。在此基础上，再进行不同应力状态的试验，如剪切、拉剪、缺口拉伸、穿孔等，同时结合仿真，获取试验过程中无法获取的信息，最终得到铝合金材料的弹塑性和断裂相关的数据。相应的试验所需要的设备有万能试验机、高速拉伸试验机、落锤冲击试验台、低高速相机、非接触测量分析系统等。由于动态冲击试验实施和结果处理比较复杂，试验成本远比传统的准静态试验要高。

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