钢-铝混合驾驶室材料-结构轻量化设计

为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通过折衷规划法的拓扑优化识别了驾驶室关键传力路径,并加强了相关结构。其次考虑驾驶室零件厚度、截面尺寸设计参数,建立了驾驶室质量、刚度及模态性能的径向基函数的代理模型,并采用多目标粒子群优化方法对驾驶室进行多目标优化设计。优化结果表明,在满足驾驶室刚度、模态和碰撞性能的要求下,驾驶室质量减轻了12.8%。该方法对钢-铝混合驾驶室轻量化有实际的工程指导价值。

A Hybrid Joining Technology for Aluminum/Zinc Coated Steels in Vehicles

Currently,in the automotive industry,joining of the aluminum alloys with the steel is a crucial problem to be solved.Conventional joining techniques including resistance spot and gas metal arc welding are not acceptable for those applications due to a number of metallurgical problems.The investigation was carried out to develop the hybrid joining process combining the resistance spot welding and brazing.In this study,an attempt was made to apply hybrid process to the joining of dissimilar sheet metals,Al-Mg-Si（6000 series） alloy and low carbon steel sheet.Hybrid process（resistance spot weld/brazing） using filler metal was found to be effective to overcome the incompatibility between aluminum alloy and steel.Although hybrid joining process of Al alloy sheet and steel sheet did not produce acceptable bond strength,it was proved to have reasonable interfacial bond layer if the optimal process condition was applied.

新型前处理工艺在钢铝混合材料上的应用

通过扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子体发射光谱仪、循环交变盐雾试验机等设备就后处理技术在钢铝混材表面处理上的应用进行研究。结果表明:车身上的冷轧板、镀锌板经过新型前处理工艺处理后表面形成均匀致密的磷化膜;铝板经过新型前处理工艺处理后,其表面形成钝化膜;随着铝材在钢铝混合材料中占比的提升,磷化渣产生量逐渐降低;当处理材料仅为铁材时,磷化渣量为2.5 g/m^(2),当所处理的材料全部为铝材时,磷化渣量低于0.5g/m^(2);新型前处理工艺处理钢铝混材时,磷化液中离子浓度均保持稳定水平;3种板材的漆膜附着力测试结果均符合标准要求;冷轧板经过1000 h盐雾检测后,单边扩蚀小于2 mm,漆膜未发生起泡和剥离;铝板和镀锌板经过1008h循环交变测试后,单边扩蚀宽度小于2mm,漆膜未发生起泡和剥离。

钢铝混合铆接漏斗车铆钉建模方法研究

利用Hypermesh软件和ANSYS软件对钢铝混合铆接结构进行联合仿真,通过对比分析MPC接触算法和梁单元模拟两种方法与实体建模方法之间结果的差异,寻找较为准确模拟铆钉结构的有限元分析方法。研究结果表明:在三种铆接连接中铆钉常见受力工况下,和实体单元模型相比,梁单元模型最小误差为2.44%,MPC接触算法模型最小误差为6.46%。因此按照梁单元模型模拟铆钉更为贴近实际情况,同时能够节省大量计算时间,提高计算效率。

基于同平台架构的钢铝和全铝车身性能对比研究

车身轻量化是车身设计和开发的重点课题。文章基于现有电动车钢铝混合车身平台,在保持车身下车体架构不变的前提下,将上车体原来的钢制材料通过等效刚度和灵敏度分析方法替换成铝制材料,并对车身性能进行了系统性的对比研究。研究结果表明,在保证车身关键性能(弯扭刚度、弯扭模特、碰撞性能)基本相当的前提下,全铝车身结构相比上钢下铝车身结构,重量降低20%,轻量化系数提高18%。为后续车身铝合金材料的结构设计和大量应用提供了重要的理论研究支撑和指导意义。

钢铝板材压力连接模具几何参数多目标优化

为解决钢铝混合车身中钢和铝异种材料间的连接问题,对无铆钉自冲铆连接钢铝异种材料的可行性进行了实验研究和仿真分析.在实验验证的基础上,为得到连接接头处的最优机械性能,以接头颈厚值和自锁值为评价指标,综合运用实验设计、统计分析、代理模型构造响应面以及遗传算法对钢铝压力连接模具几何参数进行多目标优化,得到了接头颈厚值和自锁值两个目标的Pareto前沿解集,解集值对于改进冲压连接模具几何参数有重要意义.

铝/钢激光-MIG复合热源熔-钎连接试验研究

基于激光-MIG复合热源焊接实现了5A02铝合金与镀锌钢、镀铝钢及非镀层Q235钢的优质、高效熔-钎连接,并对焊缝的成形、接头的性能及微观结构作了分析。结果表明,利用该连接方法可以在高速焊接条件下实现铝/钢熔-钎连接,最高焊接速度可达5m/min;得到的熔-钎接头的抗拉强度接近于该铝合金熔化焊接头的抗拉强度,接头的抗剪强度高于90MPa;焊缝钎接界面处生成的金属间化合物主要为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5、FeAl3,金属间化合物层厚度太薄或太厚均会影响接头的强度,化合物层厚度在1.5～4μm范围内最佳。

钢铝一体化车身结构机械连接技术试验研究(英文)

不同材料的板件连接技术对开发钢铝一体化车身结构至关重要。机械连接技术是连接异种金属的新方法,通过试验方法,研究影响机械连接接头剪切强度与剥离强度的因素,这些因素包括冲头尺寸、异种金属板材的放置次序、板材厚度、连接接头直径等,得到了接头最大剪切力与最大剥离力随这些因素变化的规律,这些因素的影响从大到小依次为冲头尺寸、异种金属板材的放置次序、板材厚度、连接接头直径。研究结果为设计出优质的钢与铝机械连接接头提供了依据。

钢/铝异种金属激光胶接焊

采用光纤激光器对1.4 mm厚的DC56D+ZF镀锌钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行了加入胶层的激光搭接焊试验,分析了焊接接头的微观组织、断口形貌和力学性能,研究了不同工艺参数对钢/铝胶接正面与横截面焊缝形貌的影响.结果表明,在激光功率为1 650 W,焊接速度35 mm/s,离焦量+3.0 mm,氩气为保护气体且流量为20 L/min的最佳工艺条件下,加入胶层,焊接试样正面焊缝均匀连续,无气孔、裂纹缺陷,钢/铝连接良好;焊接接头抗剪强度与平均剪切力分别为41.45 MPa和1.04kN,力学性能并没有因为胶层的加入而减弱,焊缝区断裂形貌为韧性断裂与准解理断裂的混合形貌.

钢铝混合汽车前纵梁的耐撞性优化方法比较

为了解决汽车前纵梁碰撞时峰值碰撞力和吸能量之间的矛盾,通过对前纵梁前端使用铝合金、后端使用高强度钢板,提出了一种钢铝混合前纵梁结构.以纵梁两端所用材料类型及厚度为组合变量,建立了该结构轻量化和耐撞性多目标优化问题的数学模型,并对多项式、Kriging和径向基函数(RBF)3种常用近似模型解决该特定问题的适用性进行了研究.结果表明,RBF更适合作为近似模型解决材料类型和板厚的组合优化问题,且优化后的前纵梁结构能在改善耐撞性的同时,显著提高轻量化水平.

铝合金/碳钢激光-TIG复合热源熔钎焊工艺与接头显微结构分析

文中提出了一种激光-TIG复合热源熔钎焊新方法，实现了铝合金与碳钢的对接熔钎焊，并研究了焊接工艺对接头特性的影响.采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和电子材料试验机对接头显微结构与力学性能进行研究.结果表明，接头最大抗拉强度为83.6 MPa，断裂发生在钢/焊缝界面，断裂形式为脆性断裂.钢/焊缝界面不同位置处界面层厚度不同，在3-12 μm之间.界面层由两部分组成，即靠近钢一侧为η-Fe2Al5，靠近焊缝一侧为τ5-Al7.2Fe2Si；远离界面层的焊缝区主要由α-Al基体和Al-Si共晶相组成.

不同强度钢铝板材压力连接匹配规律与优化

为解决钢铝混合车身结构中钢和铝异种材料间的连接问题,以厚度均为1.5mm的铝合金和高强度钢板为研究对象,对其压力连接的可行性进行了数值模拟与实验研究。在实验验证仿真模型正确的基础上,对不同强度等级钢铝板材压力连接的特点进行了仿真分析,结果表明,板料放置顺序对连接点的形成有重要影响,应以屈服强度较低的板料为上板料,且钢铝板材的屈服强度应尽量接近,以保证得到高质量的连接点。通过对连接点颈厚值和自锁值近似模型的多目标优化,得到了材料类型及厚度组合匹配的优化解集。

Al-Cu合金片对钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接头组织和性能的影响

采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接,研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征;未添加Al-Cu合金片的接头界面层由舌状相Fe2Al5和粗大针状相Fe4Al13组成,厚度约18μm,添加Al-Cu合金片后由舌状相(Fe,Cu)2Al5和细小絮状相(Fe,Cu)4Al13组成,厚度约为9μm,焊缝区与热影响区的组织与未添加Al-Cu合金片时的相似;添加Al-Cu合金片的接头界面层硬度比未添加Al-Cu合金片的低约59HV;添加Al-Cu合金片的焊接接头的抗拉强度比未添加Al-Cu合金片的提高了109.8%,未添加和添加Al-Cu合金片的焊接接头均在界面层断裂。

汽车用钢铝混线前处理问题对策

对汽车铝板、冷轧钢板、镀锌板混线生产的前处理工艺、设备布局进行了介绍;重点对汽车钢铝混线前处理工艺出现的问题进行了总结;就磷化不成膜、铝板磷化渣处理及旧线体改造等问题进行了剖析,提出了相应的解决方案。

钢铝混合车身防腐性设计的关键技术

介绍了钢铝混合车身的主要腐蚀特点,有针对性地提出了在车身设计阶段应注意的一些防腐性关键技术,以提高车辆的使用寿命。

大跨钢铝混合天桥结构体系与性能分析研究

以某大跨度桁架人行天桥结构体系为案例,按照构件分组的原理提出3种不同的钢铝混合桁架人行天桥方案,通过有限元模拟初步对比分析得到最佳的钢铝混合桁架人行天桥结构,并依据该体系提出适用于大跨度天桥的钢铝混合桁架人行天桥的设计方法。从经济、性能方面对比钢铝混合桁架人行天桥与钢桁架人行天桥,结果表明:钢铝混合桁架人行天桥可以充分发挥钢材、铝合金的优势,与钢桁架人行天桥相比具备造价低、承载能力高的特点,同时钢铝混合桁架人行天桥也能满足行人通过时的舒适性,具有较好的综合优势。

铝/钢异种合金激光-电弧复合焊接接头的界面性能及抗拉强度

以铝硅共晶合金Al-12Si为填充材料，采用光纤激光一冷金属过度（CMT）复合焊接技术制备铝／钢异种金属优质对接接头。通过SEM、EDS和XRD分析，结果表明：不锈钢和熔合区界面存在明显的金属间化合物（IMCs）层。从接头上部到下部，IMCs界面层逐渐增厚，并由锯齿状变成板块状。IMCs层通常表现为两层结构，分别为靠近钢基体侧的θ-Fe4（Al，Si）_13层和靠近焊缝侧的ζ-Al8（Fe，Cr）2Si层组成。当激光偏移量为0．4mm时，热输入的优化范围为80～110J／mm。在此范围内，IMCs界面层厚度范围为3～8．5μm，接头抗拉强度大于130MPa，达到铝母材的80％以上。

铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响

采用激光-MIG复合焊方法研究了铜对SYG960E超高强度钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,与MIG焊相比,激光-MIG复合焊有利于改善焊缝成形及焊接质量.钢/铝界面层具有双层结构,靠近铝焊缝侧为针状的FeAl_3金属间化合物,而靠近钢母材侧为条状的Fe_2Al_5金属间化合物.铜对钢/铝界面层及接头的力学性能具有显著的影响.添加铜后可以有效地减小界面层厚度和裂纹敏感性,降低钢/铝接头的最高硬度,明显提高接头的抗拉强度,接头强度可以提高110%,这主要与铜抑制界面层生长和改善界面层中Fe-Al金属化合物的脆硬性有关.

钢铝混合地铁车辆静强度分析及试验验证

依据钢铝混合地铁车辆结构传力特点,创建了钢铝混合地铁车辆结构性能有限元模型。以某钢铝混合地铁列车的头车为研究对象,根据EN 12663—2010标准,对车体刚度、静强度进行仿真分析。介绍了车体静强度试验情况,并将试验结果与有限元计算结果进行对比分析,结果表明,列车结构测点的测试值与计算值的变化趋势一致,相对误差最大值在13%之内。

镍中间层对304/5052激光-MIG复合焊接头组织与力学性能的影响

采用激光-MIG复合焊对304不锈钢/5052铝合金进行深熔搭接焊,研究不同熔深条件下镍中间层对截面形貌、界面层微观组织和力学性能的影响。结果表明,在低熔深条件下,添加镍中间层会恶化304/5052接头,使304/5052无法形成有效连接;在中熔深和高熔深条件下,添加镍中间层,可以有效抑制Fe-Al金属间化合物(IMCs)的生成,降低界面层IMCs的厚度。Ni可以替代IMCs的部分Fe,形成Al_(3)Ni,降低IMCs的脆性和硬度。与不添加镍中间层的304/5052接头对比,添加镍中间层后,低熔深的接头抗拉力变低,中熔深的接头抗拉力提高但效果不明显,高熔深的接头抗拉力明显提高。