泡沫铝是一种新型多功能材料,具有独特的结构和优异的性能.轻量化、低能耗和安全舒适是汽车工业的发展趋势.泡沫铝在汽车工业中的应用能够满足汽车优化设计的多方面要求.经过多年的发展,泡沫铝在汽车工业中得到了越来越多的应用.泡沫铝在汽车工业中的应用领域主要有:轻质结构、吸能结构和阻尼传热结构等.介绍了泡沫铝在汽车上的各种应用.并且以Cymat泡沫铝为例介绍了泡沫铝在汽车上的系统应用.展望了泡沫铝在汽车工业的应用前景.
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获得专利的UDU技术是一种轻型模块化复合结构，由结构蒙皮或“脚手架”与金属泡沫或类似材料集成而成。这种模块化复合配置为将该技术应用于汽车应用创造了巨大的设计灵活性。结构蒙皮部分通常由高强度铝合金材料制成，例如挤压件、冲击挤压件或铸件。但是，其他材料，例如高级高强度钢(AHSS)和碳纤维增强塑料(CFRP)，也可用于蒙皮材料。
该技术的一个关键组成部分是来自CymatTechnologies公司的稳定泡沫铝，这是一家位于加拿大米西索加的创新材料技术公司。该公司采用专有工艺制造其独特的稳定泡沫铝(SAF)，这是一种先进的轻质可回收材料，具有多种功能，包括可定制的密度和尺寸、能量吸收以及隔热和隔音。Cymat公司为建筑、防爆、汽车、运输和工业市场生产SAF。该公司的Smartmetal部门协助将该技术集成到动能管理系统中，例如UDU。
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Tesseract发现，当结构蒙皮和泡沫铝被“调整”以利用泡沫铝固有的恒力挤压机制时，可以构建一个近乎理想的能量吸收器。这意味着对于给定的设计空间，UDU可以在不伤害车辆乘员或压溃车辆结构部件（例如A柱或侧梁）的情况下吸收尽可能多的物理能量。这允许通过结构的力达到设计极限。超过该力极限，它几乎以恒定的力压碎，动能在结构内部转换为应变能。
随着汽车从“内燃机转向全电动”，锂电池成为首选动力源。大多数插电式电动汽车都有一个大型电池组，该电池组包装在乘员舱的底板下方。随着电动汽车越来越广泛地用于日常驾驶，增加电池充电之间的行驶里程的需求变得更加必要。使电池组尽可能大是OEM的首要任务。此外，锂离子电池组必须在碰撞过程中得到保护。特别是在发生侧面碰撞的情况下，其中车辆的车身结构部件可能侵入电池组空间并导致电池组被刺穿从而导致火灾。
为了在碰撞过程中有效保护EV电池组，例如侧面碰撞电线杆，车辆结构必须限制侵入电池空间的量，同时吸收能量以保持驾驶员和乘客承受的侧向力生存水平。Tesseract公司的门槛梁UDU构实现了这一双重目的。
专为EV电池保护设计的UDU槛梁结构极点跌落测试的FEA模拟结果。这种结构由四层铝皮组成，其中三层填充有Cymat泡沫铝。侧梁的第一层允许杆嵌入结构中，并将负载分布在比其他情况下更大的区域上。第二层和第三层具有促进各层连续压碎的刚度梯度。第四层充当反作用梁，以限制朝向电池组的总位移，并允许完全压碎前三层。
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Cymat泡沫铝具有优良的性能。Cymat泡沫铝做成的引擎盖能抵抗11m/s的头形物撞击,可有效保护乘员。Cymat泡沫铝充填的碰撞吸能盒能抵抗5m/s的碰撞。Cymat泡沫铝充填的A、B柱的抗弯强度是空心柱的3倍。Cymat泡沫铝可铸造复杂的加肋结构,从而简化模具设计和加工方法。
Cymat泡沫铝的主要性能参数:相对密度ρ/ρs=0.02GPa～0.2GPa、杨氏模量E=0.02GPa～210GPa、切变模量G=0.01GPa～1.0GPa、弯曲模量Ef=0.03GPa～3.3GPa、泊松比υ=0.31～0.34、抗压强度σc=0.04MPa～7.0MPa、抗拉强度σt=0105MPa～8.5MPa、热导率λ=0.3W/(m・K)～10W/(m・K)。采用Cymat泡沫铝夹层结构制成的汽车零部件在轿车上的应用如图6所示。
泡沫铝还可应用于汽车的前纵梁、后纵梁、保险杠和底盘之间的冲击能量吸收结构、内部用具与装饰件、翼子板、顶盖板、顶盖纵梁、后隔板、连杆,活塞,下控制臂,传动齿轮,气缸体,制动器汽缸活塞、消声器等。
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