汽车部件定制特性的模拟：GEDIA 的 FEM 方法与 TemperBox®

在现代汽车研发领域，定制化淬火工艺的整合是优化碰撞安全性同时减轻重量的关键因素。GEDIA 开发的 TemperBox® 技术可制造具有局部定义机械特性的压制淬火钢部件，包括马氏体淬火区、延性区域以及分级过渡区。这种差异化的材料结构对数值模拟提出了很高的要求，特别是在精确反映碰撞载荷下的结构行为方面。

定制部件的模拟是 GEDIA 产品开发流程的重要组成部分，该流程涵盖从功能定义、CAD 设计到物理测试验证的整个过程。在此过程中，FEM 模拟作为连接工艺相关的微结构变化与结构性能评估之间的纽带。特别是，必须将硬度、屈服强度、抗拉强度和失效行为方面的局部差异正确地传输到模拟模型中。

为了反映这种复杂性，GEDIA 开发了两种不同的模拟方法，分别适用于不同的项目阶段。高精度方法用于验证阶段，基于成形模拟的详细输入数据，例如厚度分布、塑性伸长率和硬度曲线。这些数据通过数学相关性转换为机械特性值，并在 FE 模型中分配到元素级别。因此，即使复杂的过渡区域也可以高精度地模拟——这对碰撞分析来说是一个决定性的优势。

第二种方法，即所谓的概念阶段方法，是为早期概念开发而设计的。即使还没有完整的成形模拟，它也能进行快速迭代。在此方法中，材料分配是根据区域进行的，将部件分为硬区、软区和过渡区。机械特性是根据典型值分配的。该方法在建模深度和开发敏捷性之间取得了良好的平衡。

两种模拟方法均通过准静态三点弯曲试验和动态坠落试验进行了验证。模拟与实验的力-位移曲线以及失效模式之间的吻合性证实了两种方法的高预测质量。高精度方法尤其能够出色地反映局部出现的失效机制，而概念阶段方法为概念评估提供了坚实的基础。

除了技术精度外，GEDIA 的模拟方法还具有实际优势：它允许设计具有多个延展区的组件，灵活调整过渡宽度（30-70 毫米），并可重现几何形状，且不会产生热变形。此外，TemperBox® 技术对循环时间没有影响，可轻松集成到现有的生产线中。另一个优势是，它可以使用整体式定制部件代替成本高昂的激光焊接板。

总而言之，GEDIA 对 TemperBox® 部件的模拟策略展示了如何成功地将过程模拟、材料建模和结构力学结合在一起。通过将特定工艺数据整合到碰撞模拟中，可以实现高预测精度，从而确保安全、高效的部件设计。定制特性不再是模拟中的黑匣子，而是现代汽车技术中可控制、可优化的设计特征。

- Prahel Bhandari, FEM计算 高级工程