新一代汽车用先进高强钢构件的使用是满足汽车减重和改善抗碰撞性能两项要求的新技术,以达到严格的碰撞标准要求。

汽车碰撞时,车身承受高速的负荷,其抗碰撞性能受构件在高速应变情况下吸收能量的影响。为了解构件在碰撞时吸收能量的情况,很多研究者进行了物理模拟试验或用有限元方法来判断不同材料的构件碰撞时吸收能量的情况。为了更确切地评价汽车车身零件碰撞时吸收能量的情况,有的研究采用不同级别的TRIP、DP先进高强钢板制成封闭帽形槽样品进行落锤试验,得到各种钢板吸收能量的情况,研究了落锤试验中能量的吸收与屈服强度、静态抗拉强度和动态抗拉强度的关系。结果表明:由于先进高强钢板具有良好的加工硬化性能、较高的强度,从而使其在碰撞时吸收较多的能量,即安全性增加,是最理想的制造汽车车身的板材。还有的学者用与汽车典型受撞击零件前侧梁断面形状相似的帽子形断面的样品进行了动态压缩变形试验,了解冲撞时的损坏情况并将其结果与有限元模拟结果进行了比较。试验结果表明:随着撞击速度增加,试验样品损坏得更严重。采用高强度的双相钢和加大样品尺寸,损坏程度都有所降低。

此外,在高速碰撞等冲击载荷作用下,新一代汽车用先进高强钢构件还会表现出如下一些特性：

1)动态破坏现象,如凹坑、鼓包等动态破坏形态。2)绝热剪切带,局部大塑性畸变产生的热来不及传输出去,使变形加剧而形成的局部缺陷。有时,绝热剪切带有裂纹伴生。3)动态脆性,由于应变率的增大,屈服应力和流动应力相应地提高,使塑性变形区缩小,从而导致材料脆化。4)遗留效应,冲击载荷造成的瞬时高压(常伴有高剪应力)、高温和高应变率,往往造成材料的组织结构和性能的永久变化,这种变化在卸载后依然存在,称为遗留效应。目前对上述的理论及试验研究还很少。

目前,国内外许多专家和学者采用数值模拟方法对构件的碰撞性能进行了大量的研究,尤其以汽车前纵梁为原型的典型构件碰撞性能的数值模拟分析得到了国内高校和企业的高度重视。在国外的研究中,也主要以管冲击和落锤等类似试验为模拟的原型,进行相应的构件碰撞性能研究,取得了显著的成效、。目前对于使用有限元方法所建立的平台-集成化的商业软件,基本上都以国外的公司和软件为主,其主要原因也是由于国外起步相对较早所致。但随着这类软件的商业化、国际化,国内的使用者也借助其开展了一些研究。例如,通过对冲压成形工艺对构件碰撞性能的影响进行仿真研究,利用LS2DYNA通用有限元模拟软件研究了冲压成形工艺引起的壁厚减薄、残余应力和塑性应变对碰撞性能的影响,建立了板料冲压成形模拟和碰撞模拟之间的数据转化方放法。

总之,目前对于评价新一代汽车用先进高强钢构件碰撞性能的指标比较单一,因此需要建立完善的碰撞性能评估体系。另外,由于试验成本较高,只是对一些简单形状构件的碰撞性能进行了物理试验及数值模拟研究,实际应用价值较小,也缺乏对先进高强钢构件碰撞性能影响因素系统和全面的研究。国内近年虽在汽车用先进高强钢成形过程变形行为方面开展了大量研究工作,但同日本、北美和欧洲等国家和地区在该领域的研究进展和达到的水平相比还有明显的差距,还远满足不了中国高速发展的作为世界第一大汽车生产国的汽车用先进高强钢的生产和应用技术对相关的科学基础的要求。