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新能源汽车关键材料和部件测试表征解决方案及应用推广

2021-04-08

 

当前,以纯电动汽车为代表的新能源汽车研发和产业化势头迅猛,由于能量存储方式所限,轻量化成为电动汽车发展过程中亟需解决的关键问题,迫切需要轻量化技术作为产品性能提升和产业化成熟度改善的技术支撑。多材料混合应用技术作为实现整车轻量化的有力途径,近年来逐渐在国内整车企业得以应用。伴随着材料技术和汽车开发技术的进步,越来越多新材料应用于整车设计开发,与此同时,相关材料及部件性能的精准化测试与评价技术、材料与部件性能数据精准化分析与应用技术、材料及部件精准化建模仿真技术及其测试评价体系缺失,逐渐成为制约我国汽车新材料应用及汽车行业技术进步的瓶颈问题。
为解决新能源汽车行业发展所带来的车用材料和部件性能精准化检测技术及其科学评价体系方面的不足,中国汽车技术研究中心有限公司汽车工程研究院开展了“多材料轻量化车体耦合设计中的关键性问题研究”项目。在中国汽车技术研究中心有限公司首席专家孟宪明博士的带领下,项目团队围绕车用材料及核心部件在复杂测试工况下性能测试不准、数据分析不准以及仿真建模精度低、精准化选材用材难等一系列技术瓶颈问题,重点突破了高效快速测定和动态抗扰动测试、多因素快速解耦分析、多轴度复杂工况模型精准化解析等多项关键技术,经过产学研一体化联合攻关,创建了系列检测新方法、多因素解耦新技术,研制了系列高精度解析模型、便携式检测仪器与智能软件分析系统,取得了具有核心竞争力的创新性成果。
项目主要完成人有孟宪明、李洪亮、方锐、张赛、黄亚烽、吴昊等。项目团队发表论文28篇,其中SCI/EI论文14篇;获登记软件著作权31项;制定国家标准2项、团体标准4项。项目成果处于国际领跑水平,在首钢集团、山东钢铁集团有限公司、江铃汽车股份有限公司、广州汽车集团股份有限公司等企业得到广泛应用,创造了良好的经济效益。
 
1 开展车用材料组织-性能-部件系统的耦合特性测试方法研究,解决多因素条件下车用材料及部件性能精准化测试难题
项目团队开展了车用材料组织-性能-部件系统的耦合特性测试方法研究,形成材料-部件的全流程、多层级、多工况性能测试量化评价技术,包括高强钢材料组织夹杂物快速测评技术、材料动态力学性能试验精准化测评技术、典型部件碰撞工况试验精准化测评技术等,解决了定性定量评价材料-部件-系统安全性的难题,突破了国内车用材料安全评价方法相对单一、精准化程度不高、相互独立的局限。
 
2 构建材料-部件测试数据的精准化分析方法体系,解决多因素工况下车用材料及部件性能数据高精度分析难题
开展了基于材料及部件的多因素解耦技术理论研究,构建了材料-部件测试数据的精准化分析方法体系,包括高强度钢材料表面处理性能高精度分析方法、材料复杂工况下测试数据精准化分析方法、典型部件碰撞工况测试数据精准化分析方法、一致性量化分析方法等,解决了复杂多因素工况下的估计精度和鲁棒性等关键问题,开发了车用材料及部件在复杂因素耦合环境下的数据处理分析系统。
 
3 开发车用材料与部件专用仿真模型数据库及软件系统平台,解决多因素工况下车用材料及部件精细化仿真建模难题
项目团队提取多耦合条件下材料-部件的模型参数和状态的非线性特征并构建材料-系统-部件的三层次模型,提出了基于典型工况的金属材料失效仿真建模与分析方法、复合材料仿真模型开发与分析方法、塑料材料仿真模型开发与分析方法、接头仿真模型开发与分析方法、典型部件仿真模型开发与分析方法,开发了车用材料与部件专用仿真模型数据库及软件系统平台,突破了我国汽车行业材料与部件仿真模型的准确性和复杂使用工况的适应性难题。
项目所取得的技术成果已在汽车行业全产业链得到广泛应用,推广应用单位100余家,其中重点应用单位17家,近3年创造经济效益4.572 6亿元。
该项目成果促进了我国自主品牌汽车企业、零部件供应商以及原材料企业材料测试体系的建立以及自主研发能力的提升,推动了企业技术转型升级,协助企业设计出性能优良的轻量化汽车材料或零部件,提高了企业参与国内外高端市场竞争的实力。依托该项目研究成果,项目完成单位牵头成立了中国新材料测试评价联盟汽车行业分会、国家新材料测试评价平台复合材料行业中心汽车分中心、国家新材料检测评价平台钢铁行业中心高强塑汽车钢工作组;作为核心成员承担了国家新材料生产应用示范平台、国家先进高分子材料测试与评价平台、国家有色金属材料测试与评价平台的建设,有力支撑了我国新材料的研发及应用技术发展,对汽车行业新材料应用技术的升级起到了显著的促进作用。基于项目研究成果,项目完成单位参与制定了2项国家标准和4项团体标准,推动了汽车行业的新材料应用及轻量化技术的进步。
 
项目负责人简介
孟宪明,工学博士,中国汽车技术研究中心有限公司首席专家。兼任国家新能源汽车材料生产与示范应用平台-联合运营负责人,国家钢铁材料测试与评价平台-高强塑汽车钢工作组组长,国家增材制造产业联盟-汽车行业工作组组长,国家新材料测试与评价联盟-汽车行业分会会长,天津市“131”创新型人才培养工程人才,全国标准化委员会委员,汽车工程学会材料分会委员,材料科学与工程等国际会议学术委员会委员,MMTAJMSEIJMSA国际期刊编委。主要从事汽车轻量化、新材料新工艺应用技术等关键共性技术研究及研发团队管理工作,在平台运营与管理方面具有丰富的工程实践经验。工作期间主持完成材料-工艺-性能一体化开发以及车身结构轻量化项目近100项。主持参与19项科研项目,科研经费2000万元,其中国家重点研发计划项目4项、省部级项目3项、中心级课题12项。发表论文45篇,其中SCI论文16篇,EI论文10篇。出版合著1部,获软件著作权31项。