汽車用金屬材料數據庫的開發及應用

劉鵬鵬，王彩梅，藏雨晨

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201）

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汽車用金屬材料數據庫的開發及應用

劉鵬鵬，王彩梅，藏雨晨

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201）

摘 要：隨著汽車工業的發展及轎車國產化程度的提高，車企在開發中會遇到各種汽車用金屬材料的選材及失效問題。金屬材料種類繁多，在使用數據時主要可以分為兩大類：一方面為車輛前期開發過程中的分析用材料基礎數據，例如材料的基本力學曲線及性能參數，硬度、屈服強度、抗拉強度、延伸率等；另一方面為車輛開發和后期質量控制過程中的零件失效的實際測試數據。針對這兩大需求，開發了《材料測試及失效分析數據庫》，滿足了CAE分析及材料類失效分析的要求。文章主要介紹了數據庫的開發思路及應用，該數據庫為公司各部門提供了一個有效,快捷的平臺。

關鍵詞：金屬；失效分析；材料數據庫

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.053

CLC NO.: U465.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-164-04

前言

目前我國的汽車行業產銷逐年增長，根據乘聯會發布數據，2014年1月至12月狹義乘用車（含轎車、SUV和MPV）累計銷售1846.9萬輛，相比較2013年同期銷量增長13%，其中轎車銷量1250.8萬輛，同比增長4%，MPV銷量185.6萬輛，同比增長41.6%，SUV銷量410.6萬輛，同比增長36.4%。

泛亞汽車技術中心有限公司作為上海通用在中國的工程技術中心，在2014年發布了多款車型，2015年計劃在中國發布十多款新車車型。隨著汽車工業的發展及轎車國產化程度的提高, 汽車用金屬材料的發展潛力很大。

在車輛的前期開發過程中，CAE輔助分析越來越重要，隨著部分零件的國產化及新材料的應用，準確的材料基礎數據也就尤為重要[1,2]。另外，在零件和車輛開發的認證或路試階段，會發生各種失效問題（例如變形，腐蝕，磨損，斷裂等），各個開發部門都針對失效問題進行失效分析。目前一些大型企業及科研院所都已經或在陸續建立自己的失效分析數據庫[3]，例如：中國石油天然氣集團管材研究所的“油井鉆桿材料失效安全事故案例庫[4]”；北京化工大學開發的“材料腐蝕數據庫[5]”；科技部科技基礎條件平臺項目“全國分析測試中心協作平臺及應急分析測試系統的建立”支持下建立的“金屬材料失效引發重大事故案例的數據庫[6]”；此外，很多第三方測試分析實驗機構也有自己的失效數據分享案例，如“寶冶失效分析”等。這些數據庫都存在不同行業屬性，針對性不強這一特點，并且處于保密等原因，有些數據并不對外公開。在這一背景下，為更快更好的服務開發部門，滿足車輛的開發、材料測試、失效分析的需求，泛亞的材料試驗室聯合其他部門共同開發了《材料測試及失效分析數據庫》，旨在為為開發部門提供一個材料測試及失效分析數據的平臺。

1、材料測試及失效分析數據庫的結構設計思路

在數據庫的結構設計中主要從材料相關信息的準確分類及便于檢索兩個方面考慮。

1.1 數據庫的關鍵字

表1　關鍵字信息及應用舉例

首先確認與材料相關的關鍵字信息，結合試驗室的現有管理體系，車型的需求和材料學科的分類，并且參考國外及國內的數據庫結構，定義了數據庫的19項關鍵字信息。在整理過程中，按照定義好的數據結構進行數據源填充，上傳到服務器，再通過開發的軟件進行訪問和讀取，具體實例如表1所示。

1.2 關鍵字信息的內容

結合案例對數據庫結構中定義的關鍵字信息解釋如下：

任務單號：簡稱為LWT號碼(Lab Work Ticket)，為公司內部試驗室管理的唯一標示；車型平臺/發動機平臺：為公司內部車輛開發平臺的簡稱；

項目號：為公司內部的項目號碼；

需求部門：為委托此次試驗的部門名稱；

零件名稱：為該次試驗的零件的名稱，如果是原材料即為原材料的名稱；

VPPS/零件號/VIN號：為該零件的系統編號；

材料牌號：該零件或原材料的牌號，本例中為20Cr；

材料標準：為該零件或原材料依據的材料標準；

材料類別：為該材料或零件分屬材料類別（金屬材料定義的類別為鑄鐵，鋼，鋁合金，鎂合金，銅合金等。其中鋼細分為碳鋼，低合金鋼，合金鋼，鑄鋼），在本例中該零件屬于合金鋼；

原材料供應商：為該零件或原材料的來源供應商；

測試類型：為本次試驗的測試項目分屬于哪個測試領域，本例中為金屬測試領域；

測試項目：金屬領域的測試項目可分為金相，硬度，成分，拉伸，壓縮和形貌測試，在本例中為金相和硬度測試；

測試標準：為本次測試所采用的試驗規范，本例中采用的是GB/T 13298-91和ISO 6507-10:2005；

測試設備：為本次測試所使用的儀器和設備，本例中使用的是制樣設備，金相顯微鏡和顯微維氏硬度計；

測試數據：為本次測試的試驗結果；在本例中為：金相和硬度結果；

數據鏈接：為數據上傳服務器之后生成的數據瀏覽地址；

需求背景：本次試驗需求的背景資料，包括本次試驗的目的，失效的狀態描述等；在本例中為：駐車制動無法正常進行，駐車時出現車輛移動情況。需確定棘輪材料及熱處理是否滿足要求；

失效分析：僅針對失效分析案例，如果是失效問題，需描述失效的原因分析，結果和建議；在本例中為：失效形式為磨損失效，零件熱處理不符合滲碳淬回火的圖紙要求，且失效件棘爪尖端硬度過低，建議與供應商溝通確認熱處理工藝質量；

備注：其他有必要提供的信息，例如類似的失效案例信息等。

2、數據庫的構成

數據庫的建立主要是依托公司內部資源，使用Visual Studio軟件進行開發，將關鍵字等信息上傳至數據管理部門的服務器上，而測試數據則依托通用的全球文檔管理系統GDM進行存儲。

2.1 數據庫的結構模型

數據庫網絡的架構采用C/S（Client and Server）結構模型，客戶端通過安裝開發的客戶端軟件，進行數據的查詢。所有的開發、維護和升級工作集中在服務器端，服務器端的工作對數據在客戶端的顯示沒有任何影響，其網絡框架如圖1所示。圖1中，第一層為用戶層，即客戶端以實現用戶交互的最終界面；第二層為業務邏輯層，也稱為中間層，主要負責安全控制、事務處理或應用邏輯，由應用服務器實現；第三層為數據庫服務器層，即數據層，主要是數據庫存儲系統，采用Microsoft SQL Server 企業版作為數據庫管理系統。用戶通過客戶端，向服務器提出操作請求，服務器根據請求的種類和要求，分發給業務邏輯層進行數據處理，業務邏輯層調用后端數據庫完成數據處理，客戶端篩選相應數據，填充處理結果，最終發送至用戶客戶端。

圖1　數據庫網絡框架示意圖

2.2 數據庫軟件界面

數據庫的登錄界面分成兩大部分，基礎材料測試數據和材料開發及失效分析數據，如圖2所示。

圖2　數據庫的登錄界面

軟件的主界面由三大部分組成，功能區，關鍵字區，數據顯示區域，如圖3所示。其中功能區可以實現數據的修改，添加，刪除，清空，查找，導入，導出，系統設置，退出等功能；關鍵字區域主要用于顯示每一條信息的相關關鍵字信息，并且實現根據關鍵字進行搜索查詢功能，包括單個關鍵字搜索，多個關鍵字組合搜索，模糊搜索，依據系統內的下拉式菜單搜索等；數據顯示區域主要用于顯示查詢的信息。例如在在項目號中輸入“R-318-01”，需求部門“車身外飾部B&E”，測試項目中輸入“硬度測試”，點擊查找按鈕，數據顯示區域顯示符合條件的條目，見圖4所示。

圖3　數據庫軟件的主界面

圖4　數據庫軟件搜索舉例圖示

數據的存儲是依靠通用的全球文檔管理系統(GDM)進行管理，界面如圖5所示。使用人員需有GDM的賬號及相關目錄的瀏覽權限。使用者在進行搜索查詢后，選中自己需要的條目，點擊數據鏈接按鈕，界面會自動跳轉到GDM系統，用戶在輸入賬號和密碼后可以瀏覽和下載相應的數據。若條件許可，也可用其它的存儲系統。

圖5　GDM文檔管理系統

3、數據庫的應用

目前，該數據庫已經收集了2000多條數據，每年可以增加800條數據，并且隨著新試驗設備的投入使用及外部試驗資源的開發，試驗數據的種類和數量會快速增加。

數據庫已經投入給公司各個部門使用，對于仿真部門可以很方便的下載模擬分析所要使用的材料基礎數據；對于開發部門在零件選材時可以通過不同的檢索方式瀏覽需要的數據，也可以借鑒之前發生的失效案例及總結，在設計開始就采取一定防范措施，在解決失效問題時可以參考其他車型或類似零件的失效模式，提供解決思路。系統的建立可將各部門材料相關的測試數據進行統一管理和使用，為車輛的開發提供了有力支持。

4、結論

1）利用Visual Studio軟件為開發工具，結合泛亞汽車有限公司的現有資源建立了材料測試及失效分析數據庫，系統用戶界面友好，具有添加、刪除、查詢、修改等功能。

2）數據庫依據試驗室的現有管理體系，車型的需求和材料學科的分類對數據庫的結構進行了科學的組織，系統結構設計合理，所包含信息全面、可靠，易于維護和擴充。

3）數據庫的開發與應用為需求部門提供了一個很好的平臺，可以極大地提高開發，選材及解決失效問題的效率。

參考文獻

[1] 郭啟雯,才鴻年,王富恥,張洪梅等.材料數據庫系統在選材評價中的綜合應用研究[J].材料工程,2012,1:1-4.

[2] 李康,史曉剛,陳群.仿真數據管理平臺的需求分析與實施[J].計算機輔助工程，2013,22(S1:)24-29.

[3] 劉海定，湯愛濤，潘復生，左汝林.材料科學數據庫的研究現狀及其發展趨勢[J].材料導報，2004,(18)9:5-7.

[4] 馮耀如,林凱,王新虎,等．油井桿失效分析預測預防技術進展及發展方向[J]．理化檢驗一物理分冊(Physical Testing and Chemical Analysis Part A：Physical Testing)，2005.41(增刊)：55—58．

[5] 張鋒,喬寧,王光耀．材料腐蝕數據庫(網絡版)的設計與制作[J]．腐蝕科學與防護技術,2004，(3):177—179．

[6] 王臣,高俊山.金屬材料失效引發重大事故案例數據庫的設計與建設[J].冶金分析，2012,32(1):1-6.

Development and application of database for automobile metal materials

Liu Pengpeng, Wang Caimei, Zang Yuchen
（Pan Asia technical automotive center Co., Ltd,Shang Hai 201201）

Abstract:With the developmentanddegree of carlocalizationofautomobile industry, Auto companieswill encounter varietyproblems about automotivemetal materialsselectionand failureanalysis during the development stage.There is various kinds ofmetal materials.The use of datacan be divided intotwo categories: one is the basic datafor the vehicleearly development stage, such asbasic mechanicalcurves,performance parameters,hardness,yield strength, tensile strength, elongation, etc.The other is the actualtest data for failure analysis inthe laterstageofthe developmentandqualitycontrol stage.Forthese twoneeds,"Material test and failure analysisdatabase" was developed to meet the CAEanalysis andmaterials failureanalysis.This paper mainly describesthedevelopment of ideasandapplicationof the database.The database providesan effectiveand efficientplatform for alldepartments of the company.

Keywords:Metal; Failure analysis; Database of material

作者簡介：劉鵬鵬，就職于泛亞汽車技術中心有限公司。

中圖分類號：U465.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-164-04