近日，由德聯(lián)邦巴登-符騰堡州的科學(xué)、研究和藝術(shù)部以及SIMUTENCE公司資助的輕量化科研項(xiàng)目“VirtualSMC”正式開展。該項(xiàng)目旨在通過簡化的仿真方法，為片狀模塑料（SMC）開發(fā)出一種適用于工業(yè)化應(yīng)用的數(shù)字化工藝流程模型。該項(xiàng)目由德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（簡稱KIT）的車輛系統(tǒng)技術(shù)研究所（簡稱FAST）主導(dǎo)，ACTC通過提供一款SMC電池包的設(shè)計(jì)，支持此項(xiàng)目的開發(fā)、驗(yàn)證和最終的成品展示。該項(xiàng)目已于2020年3月開始，為期一年半。
片狀模塑料（SMC）是一種纖維增強(qiáng)的熱固性材料，與常規(guī)的復(fù)合材料相比，其可定制化的材料體系和制造工藝極大地提高了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料工業(yè)級(jí)應(yīng)用的潛力，這種趨勢在新能源電動(dòng)汽車（BEV）的電池包上尤其明顯。SMC設(shè)計(jì)自由度很高，材料成本較低，種種優(yōu)勢已經(jīng)體現(xiàn)在各類研究機(jī)構(gòu)及廠家的多種輕量化解決方案中。
為了充分利用SMC輕量化解決方案的潛力，采用合適的仿真設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法是必不可少的。與此同時(shí)，制造過程會(huì)顯著影響產(chǎn)品中纖維取向等結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響產(chǎn)品的性能。因此，有效的仿真設(shè)計(jì)還需要一個(gè)對實(shí)際制造過程的數(shù)字化映射系統(tǒng)（digital twin），也需要一個(gè)虛擬的工藝過程鏈，這可以為后續(xù)的進(jìn)一步仿真方法，如翹曲變形仿真、結(jié)構(gòu)仿真等保留制造過程對于產(chǎn)品性能的影響。不過，之前的學(xué)術(shù)模型過于復(fù)雜，導(dǎo)致無法生成有效的材料卡片用于工業(yè)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)仿真當(dāng)中。而且，他們還沒有足夠成熟的技術(shù)來清晰描繪不同的工藝制造過程來滿足最小精度和最大數(shù)值效率的要求。
VirtualSMC項(xiàng)目將彌補(bǔ)以上諸多局限，通過簡化的仿真方法，為SMC輕量化解決方案建立高效的工藝流程仿真設(shè)計(jì)，推動(dòng)SMC材料的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
Virtual Process Chain
圖片來源：KIT-FAST
作為該項(xiàng)目演示部件的電池包，由ACTC研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)并使用SMC模壓 & PCM混合成型工藝試制而成，950 x 570 x 280 mm的尺寸條件下重量不到5KG。產(chǎn)品通過復(fù)雜和精密的模具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了SMC模壓和PCM模壓混合成型，并內(nèi)嵌了金屬件，無需額外膠結(jié)金屬件，提升了連接部位的強(qiáng)度。這種新型的工藝為新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了思路，也將在“VirtualSMC”項(xiàng)目中，為高效數(shù)字化仿真設(shè)計(jì)的驗(yàn)證提供支撐。
BEV SMC電池包
圖片來源：ACTC
ACTC(Advanced Composite Technology Center)由HRC投資的國內(nèi)首個(gè)致力于輕量化未來應(yīng)用的先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)中心，德國弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究院(Fraunhofer ICT)為其提供全面技術(shù)支持。
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