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林建平:从“材料—零件—整车”多维度思考 纵深挖掘轻量化潜力

2018-9-29 14:55 173 0 来自: 汽车材料网
简介
微合金化技术专访【微合金专访】林建平:从“材料—零件—整车”多维度思考 纵深挖掘轻量化潜力《微合金化技术》杂志开展了汽车行业资深专家专访专题活动,本专题活动与中国汽车材料网联合实施,探讨中国汽车行业发 ...

微合金化技术专访

【微合金专访】林建平:从“材料—零件—整车”多维度思考 纵深挖掘轻量化潜力 

《微合金化技术》杂志开展了汽车行业资深专家专访专题活动,本专题活动与中国汽车材料网联合实施,探讨中国汽车行业发展、轻量化、新材料开发及应用等主题,力争促进我国汽车行业技术进步和促进中国制造2025。本期我们有幸请到了汽车轻量化设计与制造技术领域知名专家——同济大学“汽车轻量化实验室”研究团队带头人、同济大学机械与能源工程学院林建平教授,与行业同仁交流分享同济大学轻量化研究团队如何助力汽车行业的发展。

同济大学机械与能源工程学院林建平教授

一、轻量化之路漫漫其修远兮,吾团队将上下而求索
  目前同济大学“汽车轻量化实验室”研究团队由2名教授(1名资深教授、1名国家青年千人)、3名副高级研究人员和30余博士/硕士研究生组成。在汽车轻量化设计与制造、先进成形与连接工艺等领域进行了长期的理论与技术研究,并已经在国内外塑性成形领域、汽车轻量化领域取得了一大批成果。目前研究团队已出版专著6部,发表论文292篇,其中SCI/EI检索文章168篇(JCR一区SCI论文20多篇)发明专利26项,多项轻量化研究已经获得了产业化实施。

  汽车轻量化的研究工作是一个集材料、设计仿真和工艺制造于一体的多学科、跨领域的工作,单从其中一个技术方向并不能很好掌握汽车轻量化设计制造的核心。所以目前同济大学“汽车轻量化实验室”团队的主要研究方向:是以“材料——零件——整车”的集成设计与工程化技术的主线,重点挖掘汽车轻量化相关的理论基础和应用技术研究两大主题。包括先进材料成形技术(先进高强钢冷冲压成形、超高强钢热冲压成形和铝合金温热成形等)、先进连接技术(胶接、铆接、焊接等)、整车轻量化设计,以及碰撞安全仿真与NVH等于轻量化相关的性能开发方向。同时,围绕汽车领域的研究重点和热点问题,积极展开部分轻量化前沿的研究探索,例如复合材料、轻质合金、含铌材料的性能表征与应用技术、智能制造技术及工艺等等,为我国汽车轻量化技术的发展做出自己的贡献。

二、横看成岭侧成峰,远近高低各不同

  目前的制造业已经完全不同于以前了,现代制造技术所涉及的内容已经远远超出了传统制造技术的范畴。在制造过程中,必须将工艺与材料、微观组织与力学性能的演变、性能控制等,甚至与设计技术紧密结合在一起,通过多个科学的理论与工程技术的交叉融合来实现产品的制造和产业化应用。因此,高校的汽车轻量化研究,需要将科学与技术、理论与应用紧密结合起来,关注研究内容的前瞻性、科学性,同时需兼顾实用性。高校的研究需要注重透过现象揭示问题的本质和机理,发现技术背后所涉及的科学问题。通过挖掘技术中的科学问题,制造技术会更有生命力,学术会更有空间,创新会更有动力。因此,我们团队的研究要求课题与硕士、博士的毕业课题紧密结合,博硕士论文必须关注课题的前沿性、科学性以及应用价值。

  另外,课题源自企业的问题,企业与高校合作的内容多是工程化的、需要解决问题的,有相对的时效性,这就需要高校与企业紧密互动。而且一个轻量化方案,不仅涉及客户的需求,还涉及到零件供应商、现有生产线、成本、生产效率等多个方面。此外,在研究开发过程中,还会遇到一些新问题和新思路,需要额外的深入研究。例如,我们在进行含铌钢对汽车车身零部件性能影响项目研究时,发现没有针对汽车零件的碰撞性能评价的仿真模型(只有整车模型),需要搭建一个能与整车性能等效的零部件子模型,来模拟零部件在整车上的碰撞行为。所以,寻找问题背后的新问题和创新点,挖掘其中的科学问题,是轻量化研究的重要方向。

  同济大学轻量化研究团队的研究工作主要有两条研究思路,第一条思路是往基础研究方向走,挖掘现象背后的本质和机理,把每一个问题尽可能地吃透。另一条思路是紧跟工程应用方向,研究的过程中依托工程实际需求,在实际中分析问题解决问题。两条思路互相交融,相辅相成,实现科学问题和工程问题的有机结合。

三、芳林新叶催陈叶,流水前波让后波

  随着汽车轻量化的发展,很多先进高强钢、铝镁合金等先进新材料正在开发和应用,然而先进新材料在塑性变形中往往会表现出新的、自己的力学行为和内在特征,传统经典的本构模型难以准确表征这些特征。因此,新型材料的本构模型是目前塑性成形领域的一个重要挑战。

  材料本构模型的研究发展有三个主要方向:1. 材料测试手段的不断精确化与规范化;2. 新的可以表征材料特殊性能的本构模型的开发;3. 先进本构模型在商业软件中的有效嵌入及应用。随着传感器技术、图像处理等技术的不断发展与其在材料测试中的应用,材料塑性变形时应力应变的测量可以做到更加精确。一些先进的测试装置的开发,为先进本构模型的标定与验证提供精确的试验数据,如DIC技术。另外,不同的测试方法可能会获得不同的试验结果数据,而在本构行为的测试上急需建立统一的试验标准,对材料测试的方法进行规范化。先进新材料本构模型的表征是有限元模拟的关键,而新材料本构需要涉及的内容已经远远超出了传统材料。例如考虑多种成形工况(微观组织、温度、应变速率、相变等)及材料特殊力学行为的本构模型一直是国内外专家学者在塑性成形领域研究的重点与难点。最后,先进的材料本构模型需要能集成到商业有限元软件中才能在工业界得以应用,这也是材料本构模型应用必须完成的一步,也是新型材料本构获得应用的前提。

  综上,材料变形行为的精确测试、先进本构模型的开发以及先进本构模型在商业软件中的有效嵌入及应用是材料的本构模型研究领域从开发到应用的三大方向。未来几年,有关材料本构模型精确测试的国际公认的标准规范也将不断得到更新与完善,先进材料本构模型会不断被提出与发展,商业软件中会融入更多的先进本构模型来择实现实际零件的成形仿真。

四、单丝不成线,独木不成林

  同济大学汽车轻量化研究团队已经承担了国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市科委、经信委、上汽基金、汽车主机厂、中信金属、宝钢等大型企业单位的项目。已为汽车主机厂以及零部件供应商提供了大量的轻量化材料成形与连接技术的解决方案、乘用车商用车零部件的轻量化方案和降本技术等。目前与美国通用汽车研发中心、中信金属、宝钢、上汽乘用车、上汽通用、蔚来汽车、上汽大众、南京依维柯等保持着紧密的合作关系。

  2016年7月,我们发起并与德国多特蒙德工业大学、上海交通大学在上海共同组织了“第一届中德研讨会——轻量化材料加工与建模的新挑战”,并参与组织了2018年在德国德累斯顿举办的“第二届中德研讨会”。会议期间就先进成形技术、材料表征技术、模拟技术进行了深入讨论。针对新型成形材料与工艺、复杂零件的成形技术、柔性成形技术及先进的材料表征技术以及如何将成形技术与工业4.0相结合、开发智能成形技术等展开了研讨。目前,团队的闵峻英教授(德国洪堡学者)正在与德国波鸿鲁尔大学合作进行了关于高强钢材料的热辅助渐近成形技术研究,与德国多特蒙德工业大学在材料表征技术方面开展深入合作研究。这些前瞻性技术为轻量化实验室未来的技术研发方向奠定了基础。

  总之,同济大学“汽车轻量化实验室”研究团队建立从学术带头人,骨干科研人员,以及硕博士学生组织的科研团队,形成了科研的梯段,为实验室的可持续发展奠定了坚实的基础,也不断为行业输送专业技术人才。

专家简介林建平

  林建平,博士、博士后,现任同济大学机械与能源工程学院教授、博士生导师。教育部机械教学指导委员会委员、美国汽车工程学会(SAE)会员、中国模具行业协会冲压模具委员会副主任、上海市模具行业协会理事与技术委员会主任、国家科技进步奖、上海市科技进步奖和发明奖评审专家以及国际杂志《Applied surface science》、《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》 等评审等。承担过国家、上海市、企业的攻关项目和重大项目100多项,获多项科技进步奖、优秀教师奖以及优秀博士生论文指导教师奖。

  主要研究方向:车辆轻量化设计制造技术、现代成形技术、轻量化材料连接技术。

  联系方式:E-mail: jplin58@tongji.edu.cn

关于中信微合金化技术中心

中信微合金化技术中心隶属于中国中信集团公司,在中信铌钢发展奖励基金的基础上成立,以推动我国铌微合金化技术开发应用为己任。中心通过组织产业链技术合作项目、开展用户技术支持、组织国内外学术交流、鼓励铌钢技术研究和创新,进一步推动我国微合金化技术的发展。铌的添加可显著细化晶粒,提高材料的强度、韧性等并保证良好的成形性,稳定材料性能。目前在商用车及乘用车上均有广泛应用。


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