由新華網、上海市汽車工程學會、江蘇省汽車工程學會、廣東省新能源汽車產業協會、中國土木工程學會城市公共交通學會、廣東省充電設施協會、新能源汽車產業網、振威展覽股份聯合主辦的新能源汽車輕量化論壇。

以下是同濟大學機械與能源工程學院教授林建平演講：

各位專家，都是行業內的，我的報告看了一下，前面幾個報告跟我的報告有點差異，本來我想介紹一下我們同濟大學在輕量化的研究，也是一種新技術。后來通過最近有一些新的想法，關于新的思路，我覺得這個更加有意思一點。

我這里是汽車輕量化的設計大家都清楚，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，所以這是一個全新的東西。所以我提出來一個叫局部性的增強，這是我們一個團隊的介紹，我們的團隊是輕量化，國家實驗室輕量化這個方向。這個里面我們一共有3個方向，一個是先進成形技術方向，這個里面高強鋼、鋁合金板材的熱沖壓，冷沖壓以及性能實驗，這方面我們可以說做在國際前列。另外一個，先進連接技術，有膠接、激光焊接。還有整車輕量化設計，碰撞仿真及NVH技。這些我們都在做。

走入我們的正題，汽車的智能和網絡化正在引發汽車設計和制造的重大變革，熱沖壓、第三代高強鋼等材料局部性的控制正在引發汽車輕量化的設計一場革命，為汽車零部件輕量化設計帶來全新的拓展空間。我們解釋這個道理。

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計(控制)的汽車輕量化設計新理念，正在悄然出現，那就是在合適的部位不僅僅是設計其結構，還要設計其材料的性能。假如一個零件，我們想讓它強一點，因為材料上下一樣是一個零件，板材一樣，這個時候我要一個地方增加強度怎么辦，我把結構形狀變一變，把尺寸變一變，但是現在有一種新的方法可以直接設計材料的性能。比如說把局部的性能增強一點，正常強度從600跑到1000以上，是不是鋼性強度會上去。這就是兩者結合，達到了一種零部件全結構的局部機械性能達到極限，把輕量化達到極致。

為什么有這樣的思路，因為我從熱沖壓開始，我們在做研究的時候，我們突然出現了這么一個性能梯度的零件，上面要求硬鋼、下面要求軟，中間是過度區。在這個過程中，我研究它怎么控制這個性能，我當時做這么一個思路，后來，通過這個突然想到了，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，這里面我們講一下我們以這個為例子，因為這個方面是我們研究的成果，以這個為例給大家簡單地介紹一下，應該怎么樣實現局部性能控制。如果要研究這個，首先成形能力，微觀組織，成形工藝，機械性能，這幾個要搞清楚。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性能的主要因素有哪些。微觀組織的演變機理是什么，工藝參數，性能間的耦合完成是怎樣的，如何實現零件的局部材料性能設計。

我們研究了微觀組織的演變機理，研究了它的整個化學的變化，比如說，非碳擴散相變機理。這是我們動力學，我們研究了變形溫度對相變開始溫度的影響，什么時候開始相變，情況怎么樣，全部都要研究。應變量對相變開始溫度的影響，這個也做了研究。應變速率對相變開始溫度的影響;再研究了擴散上面，碳擴散上面相變機理，這個就是什么時候有了這些基礎，能夠很快地能夠實現我們的相變控制，知道相變的一些規律，還有耦合關系。耦合關系是這樣的關系，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。

我們當然還要做仿真，這個包括晶粒尺寸對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規律，比如說我要設計一個B柱，你只要告訴我性能是多少，上面的強度是多少，下面的強度是多少，我根據這些公式反推算出來，我大概應該用什么樣的工藝控制它，控制這個局部，使它達到這個。這里面有很多比例，比如說像性能區等等，最主要求到的是馬氏體含量是多少，通過這個獲得最后的性能。

這個是我們當時做的，仿真實驗比較耦合，這是我們做出來的，當時做的一些工作。這是我們的一條思路，整個控制思路，最后用工藝參數來控制這個。這一邊是晶粒尺寸，這個也要控制，這個當中有一個邏輯關系。

與以往的輕量化材料的合理應用與選擇的設計理念相比，投入零部件的局部結構與材料力學性能組合設計來實現零部件的功能，這種設計方法打破了原有的僅僅依靠幾何結構形狀設計與材料選擇實現功能要求的設計方法，實現了合適的性能設計在合適的部位汽車輕量化設計的新方法。這個設計不僅是零件的結構設計，還包括局部的整體材料力學性能設計，大大拓展了設計師的設計空間，同時給設計師帶來了巨大的挑戰。

對于汽車板熱沖壓件來說，材料力學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現，要求在板材的成形同時使材料達到所設計的力學性能。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鋼最主要的優點就是隨著應變的變化，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，應變率對馬氏體相變的影響，這個是交通大學一個學生做的這方面的研究。

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

這張圖構成了我們應變、應力狀態，溫度，應變速率等，中間組織演變規律，硬化機制是我們研究出來的東西，最后材料力學行為，最后是局部性能和全局成形性能，這兩個東西形成我們的零件，這是一個關系度。

復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，正在研究當中，還沒有形成很豐富的成果，所以我簡單介紹一下。我們都知道前面剛剛余老師也在講復合材料非常非常好，幾位都說復合材料好，我們想了一招，我們想在復合材料的金屬上加一種復合材料，是不是強度就高了，為什么會激發這種想法呢，因為吉利汽車它的鼻祖，現在的車型如果用2017年以前的標準壹評價標準去評價它是合格的，但是2018年不合格的，原因就是上面的強度不夠。這種情況下，如果我重新換零件，重新開模具，這顯然不太現實，如果我能夠再加一個增強，會怎么樣，可能就會達到要求。所以我們想用這樣的思路。

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

復合材料可以在不改變金屬原有性能的條件下，提升材料的力學性能和及零件的使用性能復合材料的種類，粘貼的位置，纖維方向等所導致的力學效果也不相同，其力學機理及采用復合材料局部進入深入系統的研究。

最后給一個結論，使通過零部件的局部結構域材料力學性能組合來實現零部件的功能的設計方法，給汽車輕量化設計提供了一個希望全新地拓展空間，是輕量化設計史上一個重要革命。

第二，基于成形成性的設計理念將材料、工藝和設計集合在，涉及的技術和知識領域遠遠超出了原有的技術范疇，給零部件的輕量化設計與制造帶來了巨大的挑戰。

因為我們在熱沖壓成形技術方面用了很多，這是我們出的書，這個也是理論的專著，這個也是熱沖壓的行為性能的專著。

謝謝大家!

(根據現場速記整理，未經本人審閱)