更低的油耗、更长的续航里程、更强的操控性与安全性能……在日益内卷的中国汽车市场，这些性能指标成为各家车企极力宣传的重点。细究之下，这些性能指标，其实都与汽车的轻量化设计高度相关。
既要节能减排，又要提升操控性、加速性能，还得有不输传统燃油车“钢筋铁骨”的碰撞安全，汽车轻量化一点也不简单。这需要通过新材料应用、领先的仿真预测技术、不断优化的结构设计和制造技术创新等多个领域综合实现。
对此，延锋彼欧颇有发言权。
作为国内领先的汽车外饰零部件供应商，延锋彼欧从塑料外饰件起家，探索并开拓出多种复合材料在汽车外饰件领域的应用，并用时近3年构建起玻纤增强复合材料的机械力学模型，解决了玻纤复合材料应用中的一系列难题。日前，延锋彼欧“玻纤增强复合材料机械力学模型基础深度研究”项目荣获上汽集团2024年技术创新二等奖。
以塑代钢，让整车更轻更强
“建议别买磁吸式‘实习贴’，车尾门上吸不住。”在一些车主群中，车主通过一个小小的磁吸贴，发现了车尾门的材料不再是钢板。事实上，目前很多注重轻量化的汽车，尾门、前梁、扰流板、主动进气格栅等结构件已经由金属材料变为玻纤增强复合材料。
玻纤增强复合材料，顾名思义，就是用玻璃纤维及其制品作为增强材料，通过一定的成型工艺与其他材料（如聚丙烯、聚甲醛等）复合而成的一种材料。在塑料材料中物理填充玻纤增强材料，就像用钢筋加固混凝土，可以在维持材料轻量化、低碳化的基础上，使材料的拉伸强度、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐热性、寿命等都有明显提升。
但是，玻纤增强材料也具有明显的各向异性和空间不均匀性，零件不同位置的玻纤分布取向、弹性模量和失效强度等均不相同，这些缺点会对工程师设计产品造成很大干扰。为了便于理解这些缺点，我们可以类比一下水中的水草。水草尽管受到水流的持续冲击，依然可以在水中摇曳，不容易发生横向的折断；但是，如果从纵向用手撕，水草就会被轻易撕成两半，这与水草的纤维结构有关。玻纤增强材料的缺陷和水草颇为相似，由于在加工过程中采用注塑工艺，熔化的玻璃纤维在结构中流动，会导致材料在0度方向（横向）结构较强，90度方向（纵向）结构较弱的问题。
这种特性导致玻纤材料在材料疲劳、材料强度方面需要补强。如何从机械力学层面出发，用省材料、省工时、省成本的方式加强材料的刚强度，就是延锋彼欧的工程师所研究的问题。对于这道题，延锋彼欧工程师交出的“答卷”，集成在了仿真预测模型和材料模型上。
攻坚克难，让模型预测更准
将结构件3D数据重构成有限元网格后，应用标准化建模流程建立结构件的碰撞冲击预测模型，并对零件赋予材料失效参数，经过一段时间的系统运算求解，软件中呈现出结构件某些区域发生了失效。
“这块区域就是模型预测出的薄弱区域。接下来，我们可以针对这里的结构进行优化重构。”延锋彼欧仿真工程师郑文强用这个直观的案例，向记者展示了如何搭建仿真预测模型。
可以说，这个预测模型是延锋彼欧仿真分析工程师对玻纤增强复合材料机械力学研究成果的集大成者。模型给出预测成果的时间很短，但是构建起这个模型，需要工程师经年累月地持续深耕。据悉，从2019年开展大规模研究算起，工程师耗时近4年，最终完成这个预测模型，并一举奠定了延锋彼欧汽车玻纤增强复合材料外饰件产品在客户数量、市场占有率、技术储备等方面全面领先。
延锋彼欧仿真专家徐德奎告诉记者：“从理论研究开始，到虚拟仿真、试验验证，最后落实到项目应用，我们通过理论结合实证，逐步深入项目攻关，形成了行业内的核心技术竞争力。”
从简单到复杂，从微观到宏观，延锋彼欧的工程师在漫长的研究测试中破解玻纤增强材料相关难题。尤其是在熔接线性能预测方面，延锋彼欧做了大量的研究去解密。
“我们的工艺是把材料熔化后注塑成型，两股料流汇合的时候会产生一条线，那就是熔接线。”徐德奎介绍道：“我们起初参考了一般的复合材料，熔接线处的力学性能下降幅度只有10%-20%，影响不大，但对我们常用的玻纤增强复合材料进行测试，惊人地发现力学性能会有大幅度的下降，而如何在前期仿真测试中较为准确预测复合材料熔接线导致的失效，绝对是一个国内外业界公认的难题。对于这个问题，我们查阅了大量文献，也没有找到好的处理方法，因此进行了集中攻关。”
为了突破这道难题，延锋彼欧设计了专门用于制作测试样本的方案，并基于海量的样本测试和科学的数据统计，寻找相关影响因素和建模方法。
据悉，基于这一系列研究，延锋彼欧公开发表期刊论文2篇，申请受理发明专利2项、实用新型专利7项，并收获诸多荣誉。延锋彼欧开发的玻纤增强材料疲劳预测程序，在国内属于首次应用；对高速冲击工况的玻纤增强产品失效模式和失效趋势的预测精度，从过去的50%-60%大幅提高至80%以上；玻纤增强产品的刚度性能仿真精度更是提高到90%以上，为产品的轻量化设计提供支持。
继续探索，让企业保持领先
预测精度提高，对于产品的设计和生产有什么意义？郑文强一口气给记者列举了几项好处。
“首先是能找到最优的方案，可以节约材料，配合整车实现极致轻量化的同时，降低了材料成本；精准预测产品的性能可以提高结构设计效率；产品刚强度有保障，增加了产品测试达标的成功率。”
据延锋彼欧财务部门测算，近3年来，这项研究累计产生了2000余万元的经济效益。未来，随着玻纤增强复合材料的应用范围扩大，延锋彼欧还将产生更多经济效益。
“从理论上来说，外饰件都能用玻纤增强复合材料代替金属。目前，我们正在探索用玻纤材料进行侧门、引擎盖等外饰件的开发。新能源汽车底盘电池的保护板开发也已提上日程。”徐德奎告诉记者。
除了经济效益之外，延锋彼欧的团队认为，这项研究还为团队带来了难以用金钱衡量的成长。“其实，一开始，我们不是很有信心，毕竟能查阅到的信息很少。在整个研究过程中，我们不断打开研究思路，开拓研究方法，这些都是我们取得的突破。但是，玻纤增强材料是一种复杂的材料，受到注塑、玻纤取向、温度等因素的影响，虽然我们取得了一定的成果，但仍然有一些难点需要持续进行攻关。”徐德奎表示。
团队的成长为将来更深层次的创新开拓打下了基础。目前，延锋彼欧的工程师继续深入研究玻纤增强复合材料，争取早日将材料热性能的预测纳入预测模型中；此外，对于一些更前沿的低碳环保材料的研究也已开展，以持续的创新为延锋彼欧在细分市场的领先地位源源不断注入动能。
