德國借助激光研發(fā)卡車新型輕量化新技術(shù)

　　據(jù)每日科學網(wǎng)站2013年9月4日發(fā)布的一篇文章稱，最近歐洲委員會計劃出臺了一項新法規(guī)，如果汽車制造廠不能顯著降低其新生產(chǎn)汽車的二氧化碳平均排放量，它們將面臨巨額的罰款。汽車工業(yè)到了必須思索如何減少燃料消耗量和二氧化碳排放量的時候了

　　隨著節(jié)能減排形勢變得日益嚴峻，相關(guān)部門對卡車超載的治理越來越嚴，輕量化成了近幾年來汽車行業(yè)常被探討的話題。比如，鋁合金車輪的應(yīng)用就是國內(nèi)準重載車輛實現(xiàn)輕量化的一大有效手段。德國某研究機構(gòu)近期研發(fā)了一種新型的車輛輕量化技術(shù)。

　　使用普通強度鋼板 激光提升局部強度

　　國外先進的輕量化技術(shù)一直是國內(nèi)制造企業(yè)效仿的對象，其前沿技術(shù)的發(fā)展也對我國有很大的借鑒意義。最近，德國薩克森州首府德累斯頓市弗勞恩霍夫材料和射線研究所（The Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS）的研究人員研發(fā)出了一項全新的車輛輕量化結(jié)構(gòu)技術(shù)，可在充分確保車輛安全性的前提下減輕車輛重量。

　　來自該研究所的科學家馬庫斯·瓦格納稱：“安全性和輕量化結(jié)構(gòu)彼此并不矛盾。”為了更準確地匹配車身各個部位所承受的應(yīng)力，馬庫斯·瓦格納和他的同事正在致力于創(chuàng)建一套實現(xiàn)車身輕量化的新方案，這項新方案被稱為“局部激光強化”（local laser reinforcement）。

　　這套方案使用的是價格低廉、強度普通、壁厚度達到最薄限度的鋼板，但這么做會導(dǎo)致某個部位的鋼板無法承受高強度局部應(yīng)力。為解決這個難題，研究人員需要提升承受過大局部應(yīng)力部位的鋼板強度。

　　那么這個過程具體是怎么實現(xiàn)的呢？首先，專家用聚集激光束照射未經(jīng)加工的鋼板表面，被聚集激光束照射的鋼板溫度開始升高并逐漸熔化，熔化所產(chǎn)生的熱量迅速消散并傳遞給毗連的冷材料，熱量所經(jīng)過的部位遇熱之后迅速冷卻。這個過程會產(chǎn)生硬質(zhì)相，遇熱之后迅速冷卻的材料其硬度可得到顯著強化。

　　“通過這個過程，我們可以得到強度達到1500兆帕的材料，新材料的強度大概是未經(jīng)強化的原始材料的2倍。”瓦格納說。在整個過程中，得到強化的鋼板并未變厚，也就是說鋼板的重量并未增加，這個方案可謂是在確保車輛安全性的前提下，對輕量化技術(shù)的一種有益嘗試。

　　瓦格納稱：“這個方案可被用于設(shè)計車輛前后緩沖杠、中立柱、加強筋、加強板等諸多部件。在設(shè)計這些部件時，上述方案提供了一條如何在重量和強度上作出最優(yōu)選擇的解決途徑。”

　　碰撞性能表現(xiàn) 可提升一倍

　　車輛碰撞時產(chǎn)生的壓力，足以令某個零部件瞬間產(chǎn)生大幅度變形。撞擊時，車身變形程度越小，司機得到的保護就越大。通過“局部激光強化”，上述研究所的科學家們試圖獲得抗變形性更強的零部件。

　　為了使車身在撞擊時變形程度更小，研究人員必須確定需要進行激光強化的最佳位置和最佳幾何形狀。比如：它們應(yīng)該是點狀的、傾斜的、還是縱長的？強化部分應(yīng)該 選用何種材料來使車輛在撞擊時發(fā)生最小程度的變形？現(xiàn)在，研究人員可以通過電腦模擬測試探索以上所有問題的答案。據(jù)瓦格納稱：“通過電腦模擬實驗，我們可 以完全模仿實地實驗并得到我們想要的數(shù)據(jù)，電腦模擬實驗得到的數(shù)據(jù)與實地實驗得到的數(shù)據(jù)相差在幾毫米左右。”

　　通過數(shù)值模擬研究，瓦格納和他的團隊開發(fā)出了一種彎曲應(yīng)力的碰撞最優(yōu)軌跡設(shè)計。在受到不同形式的撞擊時，車輛的變形部位是不一樣的，比如說車輛迎面撞上一棵樹，與被另一輛車從側(cè)翼撞擊時所引起的變形并不相同。瓦格納團隊把這種方法應(yīng)用到了實際車輛設(shè)計過程，并用激光強化。

　　瓦格納說：“在實際實驗中，通過我們的碰撞最優(yōu)軌跡設(shè)計，經(jīng)過激光局部強化的管道外形，在發(fā)生碰撞后的扭曲變形程度比未經(jīng)強化時減小一半，而我們在這一管道上進行激光強化的部分只占3%左右。這也就是說，我們的技術(shù)方案能夠使車輛的碰撞性能表現(xiàn)提高一倍。”

　　出于對乘客安全的考慮，該研究所的研究人員已經(jīng)把這項全新的技術(shù)解決方案應(yīng)用到了車輛易遭撞擊的位置和座椅部件上。通過這套全新的技術(shù)方案，車輛的部件重量能夠減輕20%左右，而這是建立在完全無損車輛安全性的前提下。在下一階段，瓦格納和他的團隊將致力于通過軌道幾何形狀自動優(yōu)化來進一步完善他們的技術(shù)。