由新華網(wǎng)、上海市汽車工程學(xué)會(huì)、江蘇省汽車工程學(xué)會(huì)、廣東省新能源汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)城市公共交通學(xué)會(huì)、廣東省充電設(shè)施協(xié)會(huì)、新能源汽車產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、振威展覽股份聯(lián)合主辦的新能源汽車輕量化論壇。

以下是同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院教授林建平演講：

各位專家，都是行業(yè)內(nèi)的，我的報(bào)告看了一下，前面幾個(gè)報(bào)告跟我的報(bào)告有點(diǎn)差異，本來我想介紹一下我們同濟(jì)大學(xué)在輕量化的研究，也是一種新技術(shù)。后來通過最近有一些新的想法，關(guān)于新的思路，我覺得這個(gè)更加有意思一點(diǎn)。

我這里是汽車輕量化的設(shè)計(jì)大家都清楚，剛才幾位專家也在談了，夠不夠?我這里提出來了不夠，有更新的思路，所以這是一個(gè)全新的東西。所以我提出來一個(gè)叫局部性的增強(qiáng)，這是我們一個(gè)團(tuán)隊(duì)的介紹，我們的團(tuán)隊(duì)是輕量化，國(guó)家實(shí)驗(yàn)室輕量化這個(gè)方向。這個(gè)里面我們一共有3個(gè)方向，一個(gè)是先進(jìn)成形技術(shù)方向，這個(gè)里面高強(qiáng)鋼、鋁合金板材的熱沖壓，冷沖壓以及性能實(shí)驗(yàn)，這方面我們可以說做在國(guó)際前列。另外一個(gè)，先進(jìn)連接技術(shù)，有膠接、激光焊接。還有整車輕量化設(shè)計(jì)，碰撞仿真及NVH技。這些我們都在做。

走入我們的正題，汽車的智能和網(wǎng)絡(luò)化正在引發(fā)汽車設(shè)計(jì)和制造的重大變革，熱沖壓、第三代高強(qiáng)鋼等材料局部性的控制正在引發(fā)汽車輕量化的設(shè)計(jì)一場(chǎng)革命，為汽車零部件輕量化設(shè)計(jì)帶來全新的拓展空間。我們解釋這個(gè)道理。

目前的私了，合適的材料用于合適的地方，然而，一種加入材料性能設(shè)計(jì)(控制)的汽車輕量化設(shè)計(jì)新理念，正在悄然出現(xiàn)，那就是在合適的部位不僅僅是設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，還要設(shè)計(jì)其材料的性能。假如一個(gè)零件，我們想讓它強(qiáng)一點(diǎn)，因?yàn)椴牧仙舷乱粯邮且粋€(gè)零件，板材一樣，這個(gè)時(shí)候我要一個(gè)地方增加強(qiáng)度怎么辦，我把結(jié)構(gòu)形狀變一變，把尺寸變一變，但是現(xiàn)在有一種新的方法可以直接設(shè)計(jì)材料的性能。比如說把局部的性能增強(qiáng)一點(diǎn)，正常強(qiáng)度從600跑到1000以上，是不是鋼性強(qiáng)度會(huì)上去。這就是兩者結(jié)合，達(dá)到了一種零部件全結(jié)構(gòu)的局部機(jī)械性能達(dá)到極限，把輕量化達(dá)到極致。

為什么有這樣的思路，因?yàn)槲覐臒釠_壓開始，我們?cè)谧鲅芯康臅r(shí)候，我們突然出現(xiàn)了這么一個(gè)性能梯度的零件，上面要求硬鋼、下面要求軟，中間是過度區(qū)。在這個(gè)過程中，我研究它怎么控制這個(gè)性能，我當(dāng)時(shí)做這么一個(gè)思路，后來，通過這個(gè)突然想到了，我可以控制局部的性能，可以把它的性能改變，改變的方法是不是只有熱沖壓?熱沖壓只是一種，我們的方法有很多，比如說全新的碳纖維增強(qiáng)，這里面我們講一下我們以這個(gè)為例子，因?yàn)檫@個(gè)方面是我們研究的成果，以這個(gè)為例給大家簡(jiǎn)單地介紹一下，應(yīng)該怎么樣實(shí)現(xiàn)局部性能控制。如果要研究這個(gè)，首先成形能力，微觀組織，成形工藝，機(jī)械性能，這幾個(gè)要搞清楚。要搞這些東西，我們首先要解決一些問題，要提出一些問題。

第一，影響熱沖壓零件力學(xué)性能的主要因素有哪些。微觀組織的演變機(jī)理是什么，工藝參數(shù)，性能間的耦合完成是怎樣的，如何實(shí)現(xiàn)零件的局部材料性能設(shè)計(jì)。

我們研究了微觀組織的演變機(jī)理，研究了它的整個(gè)化學(xué)的變化，比如說，非碳擴(kuò)散相變機(jī)理。這是我們動(dòng)力學(xué)，我們研究了變形溫度對(duì)相變開始溫度的影響，什么時(shí)候開始相變，情況怎么樣，全部都要研究。應(yīng)變量對(duì)相變開始溫度的影響，這個(gè)也做了研究。應(yīng)變速率對(duì)相變開始溫度的影響;再研究了擴(kuò)散上面，碳擴(kuò)散上面相變機(jī)理，這個(gè)就是什么時(shí)候有了這些基礎(chǔ)，能夠很快地能夠?qū)崿F(xiàn)我們的相變控制，知道相變的一些規(guī)律，還有耦合關(guān)系。耦合關(guān)系是這樣的關(guān)系，這邊是高溫情況下，那邊是室溫情況下，這兩邊之間是耦合的，是工藝控制的。

我們當(dāng)然還要做仿真，這個(gè)包括晶粒尺寸對(duì)我們也有很大的影響，我們也做了研究。我們最后搞出了這么一個(gè)規(guī)律，比如說我要設(shè)計(jì)一個(gè)B柱，你只要告訴我性能是多少，上面的強(qiáng)度是多少，下面的強(qiáng)度是多少，我根據(jù)這些公式反推算出來，我大概應(yīng)該用什么樣的工藝控制它，控制這個(gè)局部，使它達(dá)到這個(gè)。這里面有很多比例，比如說像性能區(qū)等等，最主要求到的是馬氏體含量是多少，通過這個(gè)獲得最后的性能。

這個(gè)是我們當(dāng)時(shí)做的，仿真實(shí)驗(yàn)比較耦合，這是我們做出來的，當(dāng)時(shí)做的一些工作。這是我們的一條思路，整個(gè)控制思路，最后用工藝參數(shù)來控制這個(gè)。這一邊是晶粒尺寸，這個(gè)也要控制，這個(gè)當(dāng)中有一個(gè)邏輯關(guān)系。

與以往的輕量化材料的合理應(yīng)用與選擇的設(shè)計(jì)理念相比，投入零部件的局部結(jié)構(gòu)與材料力學(xué)性能組合設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)零部件的功能，這種設(shè)計(jì)方法打破了原有的僅僅依靠幾何結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)與材料選擇實(shí)現(xiàn)功能要求的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了合適的性能設(shè)計(jì)在合適的部位汽車輕量化設(shè)計(jì)的新方法。這個(gè)設(shè)計(jì)不僅是零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還包括局部的整體材料力學(xué)性能設(shè)計(jì)，大大拓展了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)空間，同時(shí)給設(shè)計(jì)師帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

對(duì)于汽車板熱沖壓件來說，材料力學(xué)性能的控制必須通過金屬板材的成形過程中的局部性能控制來實(shí)現(xiàn)，要求在板材的成形同時(shí)使材料達(dá)到所設(shè)計(jì)的力學(xué)性能。除了熱沖壓以外，我們還有QP鋼以及碳纖維，也是提供這樣的方法。我們是世界最早做QP鋼研究的，QP鋼最主要的優(yōu)點(diǎn)就是隨著應(yīng)變的變化，它的馬氏體含量在變化，這張圖看出來，58.8，59.6，64.7，67。這里面我們研究的，應(yīng)變率對(duì)馬氏體相變的影響，這個(gè)是交通大學(xué)一個(gè)學(xué)生做的這方面的研究。

變形溫度對(duì)馬氏體相變的影響，還有變形模式，變形的路徑、模式對(duì)它也有影響。變形的歷史，你是怎么變，它整個(gè)主要是對(duì)馬氏體的相變。也做了一些研究。

這張圖構(gòu)成了我們應(yīng)變、應(yīng)力狀態(tài)，溫度，應(yīng)變速率等，中間組織演變規(guī)律，硬化機(jī)制是我們研究出來的東西，最后材料力學(xué)行為，最后是局部性能和全局成形性能，這兩個(gè)東西形成我們的零件，這是一個(gè)關(guān)系度。

復(fù)合材料局部性能我們也做了，我們光做了鋼，這是我們最新的研究成果，正在研究當(dāng)中，還沒有形成很豐富的成果，所以我簡(jiǎn)單介紹一下。我們都知道前面剛剛余老師也在講復(fù)合材料非常非常好，幾位都說復(fù)合材料好，我們想了一招，我們想在復(fù)合材料的金屬上加一種復(fù)合材料，是不是強(qiáng)度就高了，為什么會(huì)激發(fā)這種想法呢，因?yàn)榧囁谋亲妫F(xiàn)在的車型如果用2017年以前的標(biāo)準(zhǔn)壹評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)價(jià)它是合格的，但是2018年不合格的，原因就是上面的強(qiáng)度不夠。這種情況下，如果我重新?lián)Q零件，重新開模具，這顯然不太現(xiàn)實(shí)，如果我能夠再加一個(gè)增強(qiáng)，會(huì)怎么樣，可能就會(huì)達(dá)到要求。所以我們想用這樣的思路。

這是我們做的一些，利用它的優(yōu)點(diǎn)來增強(qiáng)我們的，這個(gè)是我們做的最基本的一些性能測(cè)試，然后你們看這條曲線。馬上強(qiáng)度一下提高了好多，提高了多少呢?提高了50%幾，51%，這個(gè)是不一樣的，一個(gè)是剛度，一個(gè)是強(qiáng)度，兩個(gè)各自都提升了。而且是單層，這個(gè)都不重要，重要的在哪里，在這里，彎曲提升了234%，最高。這個(gè)太有用了，我們貼到不同的位置上，發(fā)現(xiàn)效果也不一樣，這是我們做了很多實(shí)驗(yàn)，這是旁邊做實(shí)驗(yàn)的東西。所以說這種性能增強(qiáng)能夠很快提高我們各自局部性能，而且意義也很大。

復(fù)合材料可以在不改變金屬原有性能的條件下，提升材料的力學(xué)性能和及零件的使用性能復(fù)合材料的種類，粘貼的位置，纖維方向等所導(dǎo)致的力學(xué)效果也不相同，其力學(xué)機(jī)理及采用復(fù)合材料局部進(jìn)入深入系統(tǒng)的研究。

最后給一個(gè)結(jié)論，使通過零部件的局部結(jié)構(gòu)域材料力學(xué)性能組合來實(shí)現(xiàn)零部件的功能的設(shè)計(jì)方法，給汽車輕量化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)希望全新地拓展空間，是輕量化設(shè)計(jì)史上一個(gè)重要革命。

第二，基于成形成性的設(shè)計(jì)理念將材料、工藝和設(shè)計(jì)集合在，涉及的技術(shù)和知識(shí)領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原有的技術(shù)范疇，給零部件的輕量化設(shè)計(jì)與制造帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

因?yàn)槲覀冊(cè)跓釠_壓成形技術(shù)方面用了很多，這是我們出的書，這個(gè)也是理論的專著，這個(gè)也是熱沖壓的行為性能的專著。

謝謝大家!

(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)本人審閱)