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CAE技术在复杂 SMC汽车零部件成型中的应用

一、前言

汽车是现代交通运输的重要工具，其发展趋势为换型快，开发周期短，批量大、结构复

杂。而复合材料具有重量轻、制造成本低、零部件集成度高等特点，在汽车制造中得到越来

越广泛的应用。

复合材料与金属材料相比具有较大的优越性：

1 、密度小，强度高。复合材料的密度一般在 1.6 ～2.0g/cm3 ，约是钢的 1/4 ，铝的 2/3 ；

其比强度与钢接近； 2、热膨胀系数低。通过相关铺层设计，可使其热膨胀系数接近 0，利

用这一特点可制作尺寸精度要求高的构件； 3、复合材料具有较好的减震性、隔热性、消音

性、吸能性，可用于内、外饰、吸能器等零件，以减轻振动，减少噪音，保持车内温度，尤

其是用作吸能器，具有优越的抗冲击性和弹性回复性，在车祸中可大大降低对人体的伤害；

4、成本较低，可设计性强。

通过部件整合可以有效的降低汽车开发费用和生产成本，在中等批量的车型中采用复合

材料取代铝材可降低成本 40％，并且可缩短产品的开发周期。复合材料与钢铁相比具有明

显的优势：具有关资料统计，可提高汽车质量 23％，每辆汽车降低成本 14％，重量减轻 22％，

零部件数量减少约 22 件，紧固件、附件数量减少 27 件。通过改变纤维、机体的种类及相对

含量、纤维排列方式、铺层结构等可以满足复合材料结构与性能的各种要求，复合材料多为

整体成型，如老式福特全顺汽车车头需要 19 个金属件和一个塑料件，而新式全顺汽车只需

要一个 SMC部件就可以实现，大大简化了工艺过程、减少加工时间、减少零件数量、减轻车

身重量等。

相对于金属材料冲压成型来说，复合材料的模压成型是一个相对复杂、可预测性较差的

过程，是在全封闭的环境中完成的。针对此特点其过程进行计算机模拟分析，使其过程和结

果变为可以预测，从而明确其成型工艺方向，减少重复试验、缩短开发周期。

二、 CAE技术在复杂 SMC零件成型中的应用

计算机仿真技术是以多种科学理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验

的方法分析和解决工程实际问题的一门综合技术，它具有经济、实用、灵活、可多次重复使

用的优点，已经成为对许多复杂系统（工程的、非工程的）进行分析、设计、试验、评估必

不可少的手段，也就是说，建立仿真模型并对其进行试验的一门技术。

SMC 成型过程涉及到材料流变学、热传导学、反应动力学和液体力学等诸多交叉学科领

域，是一个十分复杂的物理化学变化过程。这一过程可以抽象地分为三个方面：模压流动过

程、纤维取向过程以及固化过程。对这三个过程做出准确、可靠的预测分析对 SMC工艺的优

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