影響電動汽車?yán)m(xù)航里程的因素眾多，總的來說主要有動力電池能量密度、整車質(zhì)量、空氣阻力系數(shù)等。相關(guān)研究表明，新能源汽車每減少100Kg重量，續(xù)航里程可提升10%-11%，還可以減少20%的電池成本以及20%的日常損耗成本。
常見的汽車輕量化方式，通過新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低車身質(zhì)量和空氣阻力；采用沖卯工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊接工藝，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化；采用密度小、強(qiáng)度高的新材料，比如鋁合金、鎂合金、截面厚度較薄高強(qiáng)度鋼等，減輕車輛裝備質(zhì)量，降低整車能耗，在原有電池容量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程的增長。
一、板料成形極限FLC的應(yīng)用
近年來，汽車制造商紛紛采用新型高強(qiáng)鋼，結(jié)合新型沖壓工藝來生產(chǎn)制造零部件。成形極限直接反映在沖壓加工過程中，板料在塑性失穩(wěn)前所能達(dá)到的最大變形程度，是各種不同成形工序能否順利成形的重要依據(jù)。
成形極限在板材成形、沖壓工藝環(huán)節(jié)中至關(guān)重要，它可以評定板材局部成形性能，判斷模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝的合理性，并可以采取改進(jìn)方案，檢查和改善復(fù)雜形狀零件的成形方案；它也有助于合理選材及毛坯確定，并對沖壓生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控，判斷數(shù)值模擬中板料失穩(wěn)。
二、傳統(tǒng)的極限成形測量方案
傳統(tǒng)的測量手段一般利用單個圓形圖案，在板料產(chǎn)生變形時(shí)近似變成橢圓的性質(zhì)，采用工業(yè)軟尺或工具顯微鏡直接測量橢圓的長軸和短軸長度，近似獲取單個圓所在區(qū)域的最大、最小主應(yīng)變。該方法存在一定的局限性：
1、以離線方式得到應(yīng)變數(shù)據(jù)，過于依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)，精度和效率不高；
2、網(wǎng)格圖案繪制的工作量較大，精度一般；
3、無法進(jìn)行變形過程中的動態(tài)監(jiān)控，且難以保證成形的最終狀態(tài)是試件表面剛好出現(xiàn)局部頸縮的極限狀態(tài)。
三、新拓的FLC測量方案
為克服傳統(tǒng)測量手段的不足，引入數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的視覺測量手段，通過跟蹤和匹配變形前后所采集圖像的灰度信息，來測量物體在各種載荷作用下表面整體的瞬時(shí)位移場和應(yīng)變場。
新拓三維自主研發(fā)的XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)(原名為：XJTUFLC 杯突和板料成形試驗(yàn)系統(tǒng))，基于數(shù)字圖像相關(guān)法技術(shù)，通過采集杯突試驗(yàn)時(shí)板料變形的序列視頻圖像，并基于網(wǎng)格應(yīng)變分析、數(shù)字圖像相關(guān)法測量等技術(shù)直接獲得極限應(yīng)變量，輸出成形極限曲線FLC并建立成形極限圖。
測試采用板料為22MnB5高強(qiáng)度鋼，厚度為2mm，整個板料成形極限測量流程按照國標(biāo)GB/T 24171.2-2009進(jìn)行。將XTDIC-FLC系統(tǒng)相機(jī)等測量單元架設(shè)在板料試驗(yàn)機(jī)上方，兩個相機(jī)呈25度夾角，組成雙目測量系統(tǒng)。
測定板料成形極限曲線，采用剛性凸模對高強(qiáng)鋼件進(jìn)行脹形的方法。按照國標(biāo)要求，加工各種規(guī)格的高強(qiáng)鋼板料件，每種規(guī)格至少三個高強(qiáng)鋼板料件。
為了獲取完整的分布均勻的FLC，標(biāo)準(zhǔn)幾何高強(qiáng)鋼試樣形狀需多樣化；調(diào)整XTDIC-FLC系統(tǒng)工業(yè)相機(jī)像素為500萬、幀率75幀，鏡頭焦距35mm。
FLC用于表示在設(shè)定的線性應(yīng)變條件下的盡速的固有極限，為了準(zhǔn)確確定LIC，在測量區(qū)域須保持近乎無摩擦的狀態(tài)，采用固體及液體相結(jié)合的潤滑方式，保證沖頭沖壓時(shí)的摩擦力對實(shí)驗(yàn)的影響降到最低。
剛性凸模脹形實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，試驗(yàn)機(jī)以60mm/min的速率進(jìn)行沖壓實(shí)驗(yàn)，相機(jī)采集頻率10幀。高強(qiáng)鋼件中部在凸模力的作用下產(chǎn)生脹形變形并形成凸包，試件散斑圖案發(fā)生畸變，當(dāng)凸包上某個局部產(chǎn)生縮頸或破裂時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，由此計(jì)算金屬板允許的局部表面極限主應(yīng)變量。
采用橫截面的測量方法（位置相關(guān)性測量），輸出極限應(yīng)變點(diǎn)數(shù)據(jù)。計(jì)算獲取所有高強(qiáng)鋼件三維全場應(yīng)變數(shù)據(jù)，按照國標(biāo)要求進(jìn)行截線。
成形極限由最大主應(yīng)變和最小主應(yīng)變測量得到，測量的應(yīng)變路徑范圍從單向拉伸到雙向拉伸。通過對截線數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲取每個高強(qiáng)鋼件極限應(yīng)變數(shù)據(jù)。
不同的應(yīng)變狀態(tài)下收集的單個成形極限數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來，即可得到成形極限曲線。導(dǎo)入所有的極限應(yīng)變數(shù)據(jù)，繪制實(shí)際的FLC曲線。繪制的曲線圖中，X軸代表了最小主應(yīng)變，Y軸代表了最大主應(yīng)變。
結(jié)合理論分析與有限元模擬，可以看出三種方法獲取的FLC曲線。理論計(jì)算基于M-K凹槽理論及塑性力學(xué)的Hill48屈服準(zhǔn)則、本構(gòu)方程得到，數(shù)值模擬由最大凸模載荷和應(yīng)變路徑轉(zhuǎn)變失穩(wěn)判別準(zhǔn)則得到，三種方法的數(shù)據(jù)趨勢上吻合。
四、方案價(jià)值
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量的有限元分析軟件用于成形極限曲線的分析，但材料特性的獲取和摩擦邊界條件的確定有較大的難度，導(dǎo)致理論與實(shí)際材料失穩(wěn)的過程不一致。在實(shí)驗(yàn)室條件下根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)測定并建立材料的FLC曲線，可以獲得較為真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)。
對于新能源汽車而言，實(shí)現(xiàn)輕量化最大的好處是通過減輕車重，來降低整車能耗，從而在不增加電池容量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)續(xù)駛里程的增長，車輛的輕量化也是必然的趨勢。汽車結(jié)構(gòu)新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料沖卯工藝，需依賴于材料成形極限性能，科學(xué)地進(jìn)行沖壓成形設(shè)計(jì)，達(dá)到汽車輕量化的目的。