汽車，是日常出行必不可少的交通工具之一，看看每天早上擁堵的交通狀況和永遠(yuǎn)也拍不到的牌照，就知道汽車市場(chǎng)的火爆程度。

然而出行安全則是每位消費(fèi)者目前最掛心的事。對(duì)于汽車這樣日常需要使用的這一代步工具，大家了解多少呢？殊不知，能夠成功出廠的汽車也真的是經(jīng)歷了“九九八十一難”呢！



今天，就讓我們走進(jìn)汽車制造環(huán)節(jié)中那些保障安全的測(cè)試環(huán)節(jié)吧！

力學(xué)性能測(cè)試的重要性

測(cè)試汽車材料以及零部件的性能對(duì)于汽車供應(yīng)商來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，尤其是在質(zhì)量控制方面，此外，這對(duì)于新產(chǎn)品的研發(fā)也是極其重要的。
在汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，有許許多多的材料都需要進(jìn)行機(jī)械測(cè)試，因?yàn)槠囆袠I(yè)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈的行業(yè)，其所用的材料性能將直接影響著客戶對(duì)于車輛的使用體驗(yàn)。



近年來(lái)，汽車行業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要方向就是減少汽車尾氣排放以滿足更加嚴(yán)格的監(jiān)管規(guī)定。這個(gè)可以通過(guò)許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：例如提高空氣動(dòng)力性能，提高引擎效率以及減少車輛本身重量等。在全球范圍內(nèi)來(lái)看，減少汽車重量的努力與嘗試已經(jīng)大大的刺激了材料行業(yè)的研究開發(fā)，因此，研究人員也需要對(duì)材料進(jìn)行更多的力學(xué)性能測(cè)試。

金屬材料力學(xué)性能測(cè)試

由于汽車的大部分結(jié)構(gòu)仍然是采用各種不同金屬材料進(jìn)行制造的，因此，通過(guò)優(yōu)化車輛所使用的金屬來(lái)使得汽車更加輕量化將是一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)。為了保證汽車工業(yè)對(duì)于鋼鐵材料的不斷需求，新一代高強(qiáng)度的鋼材正處在開發(fā)和生產(chǎn)中。



除此之外，汽車制造商如今正在努力與鋁材料生產(chǎn)商展開合作并不斷提高鋁金屬在汽車產(chǎn)品中的應(yīng)用比例。金屬鋁材料具有較低的密度，優(yōu)良的成形性，優(yōu)異的耐腐蝕性能，而且具有與鐵質(zhì)材料相當(dāng)?shù)牧W(xué)強(qiáng)度。
利用金屬材料制造汽車及相關(guān)零部件的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于金屬材料具有各向同性以及均一性。這意味著他們的性質(zhì)是一致的，與方向無(wú)關(guān)。這對(duì)于進(jìn)行力學(xué)測(cè)試來(lái)說(shuō)是極為有利的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)就可以對(duì)大多數(shù)力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算得出。

典型的計(jì)算包括屈服強(qiáng)度，極限抗拉強(qiáng)度、拉伸和塑形應(yīng)變比（R值）以及應(yīng)變硬化指數(shù)（n值）等。其中R值和n值是定義這些產(chǎn)品可成形性的一個(gè)關(guān)鍵力學(xué)屬性。

在以前，人們通常需要在金屬材料的強(qiáng)度和成形性能之間進(jìn)行權(quán)衡，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)，強(qiáng)度較高，成形性就會(huì)較差。但是現(xiàn)在，金屬材料生產(chǎn)商正在研發(fā)一些更高等級(jí)的金屬板材，使其具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，而且成形性下降很少。

塑料力學(xué)性能測(cè)試

聚合物材料特性的測(cè)試表征在材料的開發(fā)和制造過(guò)程中是非常重要的，此外，其對(duì)于在質(zhì)量控制過(guò)程中判斷最終產(chǎn)品質(zhì)量好壞等方面也是至關(guān)重要的。



這種材料在汽車機(jī)構(gòu)中幾乎所有的部件中都有使用到，而且，隨著聚合物材料的發(fā)展進(jìn)步，其力學(xué)強(qiáng)度明顯得到了提升，因此，在某些過(guò)去必須采用金屬材料制備的汽車零部件現(xiàn)在甚至可以考慮采用一些塑料來(lái)進(jìn)行代替，例如車身板件等。

聚合物材料，從原材料到半成品，再?gòu)陌氤善芳庸こ勺罱K產(chǎn)品，在這些過(guò)程中材料的性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化，理解這些特性以及變化是非常重要的。
由于一些材料或零部件是并行開發(fā)的，因此對(duì)于其中某一部分的改變，無(wú)論是材料還是設(shè)計(jì)相關(guān)方面的，都可能會(huì)導(dǎo)致其他部件的改變，因此不得不重新評(píng)估其它相關(guān)的零部件的性能，即使這些零部件是由其他公司開發(fā)的。

對(duì)于塑料材料而言，一些新型的材料可能會(huì)有不同的收縮系數(shù)，收縮系數(shù)不同則會(huì)改變零部件的整體尺寸，這就會(huì)最終導(dǎo)致該零部件與相鄰部件產(chǎn)生結(jié)實(shí)度與外觀不佳等問(wèn)題。

同時(shí)，材料之間的協(xié)調(diào)、匹配對(duì)于降低整體成本也是非常重要的，因?yàn)檫@會(huì)使得制造商只需要使用更少量的材料即可。更少的材料使用將會(huì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化制造業(yè)，提升更多的購(gòu)買力。

因此，出于這些原因，正確的對(duì)這些塑料材料進(jìn)行一系列合適的機(jī)械測(cè)試是非常重要的。

復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試

復(fù)合材料的使用被視為最有望減少汽車質(zhì)量的一種方法。

與金屬不同，復(fù)合材料通常是呈現(xiàn)各向異性的，這意味著材料的性質(zhì)取決于方向。這為人們提供了很大的好處，因?yàn)楣こ處焸兛梢酝ㄟ^(guò)把強(qiáng)度增強(qiáng)在需要的地方和關(guān)鍵的軸上來(lái)設(shè)計(jì)組件。



但是，從一個(gè)單軸拉伸測(cè)試中只可以得到很少的假設(shè)或常量，這意味著測(cè)試需求的分布范圍將要大得多。例如，要確定復(fù)合材料的靜態(tài)整體性能，往往需要進(jìn)行拉伸，壓縮和剪切測(cè)試。為了確定材料的不均勻性，還需要進(jìn)行其他測(cè)試，例如層間斷裂韌性（其主要是用于測(cè)量材料的抗分層性）。

在汽車行業(yè)內(nèi)廣泛使用復(fù)合材料的一個(gè)最大挑戰(zhàn)在于難以大規(guī)模生產(chǎn)制造這類材料。但是這個(gè)情況正在得到改善，而且現(xiàn)在已經(jīng)有很多的投資用于實(shí)現(xiàn)這一可能性。所以我們預(yù)計(jì)，隨著復(fù)合材料產(chǎn)量的增加，針對(duì)此類材料的機(jī)械測(cè)試要求也將會(huì)增加。

除了難以大規(guī)模生產(chǎn)之外，在復(fù)合材料的進(jìn)一步推廣使用過(guò)程中還遇到了另一個(gè)大挑戰(zhàn)，也即是材料的再回收問(wèn)題。但是，隨著現(xiàn)在針對(duì)這種材料進(jìn)行的廣泛研究，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在這類汽車材料達(dá)到使用壽命后將其進(jìn)行回收、再循環(huán)利用的一些有效方法。

汽車組件力學(xué)性能測(cè)試

在質(zhì)量控制方面，測(cè)試汽車組件的性能，無(wú)論是在物理強(qiáng)度上還是在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于許多汽車供應(yīng)商來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的，此外，其對(duì)于新產(chǎn)品的研發(fā)也是非常重要的。但這同樣也是具有很大挑戰(zhàn)性的，因?yàn)闆]有多少被測(cè)試的組件是非常相似的，因此需要針對(duì)個(gè)別組件定制一些特殊測(cè)試夾具。



為了獲得重復(fù)性較高的測(cè)試結(jié)果，確保這些固定夾具處在同一個(gè)地方并居中妥善固定是非常重要的。T型槽底座一般會(huì)用于通用型測(cè)試機(jī)器上以固定夾具；然而，這些可能難以適用在一些特殊的測(cè)試機(jī)器上。建議的解決方案是使用測(cè)試板——一種可以確保固定裝置得到安全緊固的配件，從而提高測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性。

某些組件需要采取模擬其使用條件的方式進(jìn)行測(cè)試。為此，可能需要在測(cè)試軟件中創(chuàng)建加載一些配置文件。無(wú)論控制的變量是基于力的反饋還是運(yùn)動(dòng)，在一個(gè)特定的周期內(nèi)加載和卸載樣品以及根據(jù)每個(gè)加減速度的結(jié)果計(jì)算并輸出測(cè)試結(jié)果都是相當(dāng)重要的。

連接件
在汽車制造過(guò)程中，連接不同材料的方式對(duì)車輛的整體強(qiáng)度，安全性和質(zhì)量非常重要。這也使得材料的機(jī)械測(cè)試顯得更加關(guān)鍵。連接方式可以包括緊固件，焊接和粘合劑等，每個(gè)都有需要單獨(dú)解決的測(cè)試問(wèn)題。



對(duì)于汽車原始設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)，從緊固件的使用到焊接技術(shù)的轉(zhuǎn)換顯著地減少了部件的重量。作為第二個(gè)優(yōu)勢(shì)，它還可以改善汽車產(chǎn)品的噪音振動(dòng)和粗糙度；這些都是消費(fèi)者視為和汽車質(zhì)量同等重要的評(píng)價(jià)因素。
例如，塑料部件的振動(dòng)焊接可以增加整體的結(jié)合強(qiáng)度，并減少運(yùn)行過(guò)程中的噪音。甚至在隨后的裝配體中可以使用更少量的部件以減少部件的整體質(zhì)量。一旦將其引入生產(chǎn)，質(zhì)量控制過(guò)程將需要確保所有組件都是最高質(zhì)量的，因此，機(jī)械測(cè)試對(duì)于確保產(chǎn)品的這些性能至關(guān)重要。

紡織品材料測(cè)試

紡織材料的應(yīng)用可能會(huì)與金屬材料、聚合物材料、復(fù)合材料有所不同，但是當(dāng)用戶進(jìn)入車輛時(shí)，他們將會(huì)被紡織品包圍著：對(duì)質(zhì)量和產(chǎn)品壽命有很大影響的地毯和車內(nèi)裝飾品，影響到人身安全的安全氣囊和安全帶等。出于不同的原因，這些紡織品都需要進(jìn)行一些不同的測(cè)試。

乘客最關(guān)心的安全功能之一就是安全帶。安全帶能夠確保乘客在發(fā)生事故時(shí)最大程度上減少傷害，其具有足夠的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)度，以減緩人員沖擊而不會(huì)造成額外傷害。安全帶的性能測(cè)試采用傳統(tǒng)的夾具解決方案進(jìn)行極具挑戰(zhàn)性，所以一般依靠利用絞盤原理的夾具來(lái)確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

另一個(gè)關(guān)鍵的安全功能則是安全氣囊的使用。以前在車上可能只有兩個(gè)安全氣囊，如今的數(shù)量則更多了，這也意味著必須進(jìn)行更多的測(cè)試。確定所用材料的強(qiáng)度以及連接處的強(qiáng)度是至關(guān)重要的，這有助于確保安全氣囊在受到巨大沖擊下能夠正常使用。

車輛中的其他紡織品也需要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，以確保整個(gè)產(chǎn)品耐用性。用于車內(nèi)裝飾和地毯的織物通常需要進(jìn)行穿刺和撕裂測(cè)試。穿刺測(cè)試可以使用不同幾何形狀的探針進(jìn)行以測(cè)試材料對(duì)不同物體的抗穿刺性。撕裂測(cè)試有助于驗(yàn)證汽車的織物在正常使用期間不會(huì)分解。制造商可以將力學(xué)性能測(cè)試作為一種常用手段，以確保車輛中存在的紡織品能夠在車輛的使用壽命內(nèi)不會(huì)損壞。

環(huán)境溫度

上面所述的這些測(cè)試要求非常重要，但還需要在車輛的運(yùn)行環(huán)境下確定這些特性。因此，對(duì)于環(huán)境測(cè)試也是非常常見的。而且，為了確保汽車產(chǎn)品不會(huì)在不同的環(huán)境或地區(qū)使用時(shí)出現(xiàn)故障，還需要在一些次環(huán)境以及高于周圍環(huán)境的溫度下進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。



總結(jié)

這幾年來(lái)，汽車行業(yè)繼續(xù)保持不斷發(fā)展的趨勢(shì)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈，監(jiān)管越來(lái)越嚴(yán)格，進(jìn)一步研究和開發(fā)出更先進(jìn)的汽車材料勢(shì)在必行。而材料測(cè)試則為這些新材料的研究和探索保駕護(hù)航。