汽车用金属材料数据库的开发及应用

刘鹏鹏，王彩梅，藏雨晨

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）



汽车用金属材料数据库的开发及应用

刘鹏鹏，王彩梅，藏雨晨

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）

摘 要：随着汽车工业的发展及轿车国产化程度的提高，车企在开发中会遇到各种汽车用金属材料的选材及失效问题。金属材料种类繁多，在使用数据时主要可以分为两大类：一方面为车辆前期开发过程中的分析用材料基础数据，例如材料的基本力学曲线及性能参数，硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率等；另一方面为车辆开发和后期质量控制过程中的零件失效的实际测试数据。针对这两大需求，开发了《材料测试及失效分析数据库》，满足了CAE分析及材料类失效分析的要求。文章主要介绍了数据库的开发思路及应用，该数据库为公司各部门提供了一个有效,快捷的平台。

关键词：金属；失效分析；材料数据库

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

目前我国的汽车行业产销逐年增长，根据乘联会发布数据，2014年1月至12月狭义乘用车（含轿车、SUV和MPV）累计销售1846.9万辆，相比较2013年同期销量增长13%，其中轿车销量1250.8万辆，同比增长4%，MPV销量185.6万辆，同比增长41.6%，SUV销量410.6万辆，同比增长36.4%。

泛亚汽车技术中心有限公司作为上海通用在中国的工程技术中心，在2014年发布了多款车型，2015年计划在中国发布十多款新车车型。随着汽车工业的发展及轿车国产化程度的提高, 汽车用金属材料的发展潜力很大。

在车辆的前期开发过程中，CAE辅助分析越来越重要，随着部分零件的国产化及新材料的应用，准确的材料基础数据也就尤为重要[1,2]。另外，在零件和车辆开发的认证或路试阶段，会发生各种失效问题（例如变形，腐蚀，磨损，断裂等），各个开发部门都针对失效问题进行失效分析。目前一些大型企业及科研院所都已经或在陆续建立自己的失效分析数据库[3]，例如：中国石油天然气集团管材研究所的“油井钻杆材料失效安全事故案例库[4]”；北京化工大学开发的“材料腐蚀数据库[5]”；科技部科技基础条件平台项目“全国分析测试中心协作平台及应急分析测试系统的建立”支持下建立的“金属材料失效引发重大事故案例的数据库[6]”；此外，很多第三方测试分析实验机构也有自己的失效数据分享案例，如“宝冶失效分析”等。这些数据库都存在不同行业属性，针对性不强这一特点，并且处于保密等原因，有些数据并不对外公开。在这一背景下，为更快更好的服务开发部门，满足车辆的开发、材料测试、失效分析的需求，泛亚的材料试验室联合其他部门共同开发了《材料测试及失效分析数据库》，旨在为为开发部门提供一个材料测试及失效分析数据的平台。

1、材料测试及失效分析数据库的结构设计思路

在数据库的结构设计中主要从材料相关信息的准确分类及便于检索两个方面考虑。

1.1 数据库的关键字

表1　关键字信息及应用举例

首先确认与材料相关的关键字信息，结合试验室的现有管理体系，车型的需求和材料学科的分类，并且参考国外及国内的数据库结构，定义了数据库的19项关键字信息。在整理过程中，按照定义好的数据结构进行数据源填充，上传到服务器，再通过开发的软件进行访问和读取，具体实例如表1所示。

1.2 关键字信息的内容

结合案例对数据库结构中定义的关键字信息解释如下：

任务单号：简称为LWT号码(Lab Work Ticket)，为公司内部试验室管理的唯一标示；车型平台/发动机平台：为公司内部车辆开发平台的简称；

项目号：为公司内部的项目号码；

需求部门：为委托此次试验的部门名称；

零件名称：为该次试验的零件的名称，如果是原材料即为原材料的名称；

VPPS/零件号/VIN号：为该零件的系统编号；

材料牌号：该零件或原材料的牌号，本例中为20Cr；

材料标准：为该零件或原材料依据的材料标准；

材料类别：为该材料或零件分属材料类别（金属材料定义的类别为铸铁，钢，铝合金，镁合金，铜合金等。其中钢细分为碳钢，低合金钢，合金钢，铸钢），在本例中该零件属于合金钢；

原材料供应商：为该零件或原材料的来源供应商；

测试类型：为本次试验的测试项目分属于哪个测试领域，本例中为金属测试领域；

测试项目：金属领域的测试项目可分为金相，硬度，成分，拉伸，压缩和形貌测试，在本例中为金相和硬度测试；

测试标准：为本次测试所采用的试验规范，本例中采用的是GB/T 13298-91和ISO 6507-10:2005；

测试设备：为本次测试所使用的仪器和设备，本例中使用的是制样设备，金相显微镜和显微维氏硬度计；

测试数据：为本次测试的试验结果；在本例中为：金相和硬度结果；

数据链接：为数据上传服务器之后生成的数据浏览地址；

需求背景：本次试验需求的背景资料，包括本次试验的目的，失效的状态描述等；在本例中为：驻车制动无法正常进行，驻车时出现车辆移动情况。需确定棘轮材料及热处理是否满足要求；

失效分析：仅针对失效分析案例，如果是失效问题，需描述失效的原因分析，结果和建议；在本例中为：失效形式为磨损失效，零件热处理不符合渗碳淬回火的图纸要求，且失效件棘爪尖端硬度过低，建议与供应商沟通确认热处理工艺质量；

备注：其他有必要提供的信息，例如类似的失效案例信息等。

2、数据库的构成

数据库的建立主要是依托公司内部资源，使用Visual Studio软件进行开发，将关键字等信息上传至数据管理部门的服务器上，而测试数据则依托通用的全球文档管理系统GDM进行存储。

2.1 数据库的结构模型

数据库网络的架构采用C/S（Client and Server）结构模型，客户端通过安装开发的客户端软件，进行数据的查询。所有的开发、维护和升级工作集中在服务器端，服务器端的工作对数据在客户端的显示没有任何影响，其网络框架如图1所示。图1中，第一层为用户层，即客户端以实现用户交互的最终界面；第二层为业务逻辑层，也称为中间层，主要负责安全控制、事务处理或应用逻辑，由应用服务器实现；第三层为数据库服务器层，即数据层，主要是数据库存储系统，采用Microsoft SQL Server 企业版作为数据库管理系统。用户通过客户端，向服务器提出操作请求，服务器根据请求的种类和要求，分发给业务逻辑层进行数据处理，业务逻辑层调用后端数据库完成数据处理，客户端筛选相应数据，填充处理结果，最终发送至用户客户端。

图1　数据库网络框架示意图

2.2 数据库软件界面

数据库的登录界面分成两大部分，基础材料测试数据和材料开发及失效分析数据，如图2所示。

图2　数据库的登录界面

软件的主界面由三大部分组成，功能区，关键字区，数据显示区域，如图3所示。其中功能区可以实现数据的修改，添加，删除，清空，查找，导入，导出，系统设置，退出等功能；关键字区域主要用于显示每一条信息的相关关键字信息，并且实现根据关键字进行搜索查询功能，包括单个关键字搜索，多个关键字组合搜索，模糊搜索，依据系统内的下拉式菜单搜索等；数据显示区域主要用于显示查询的信息。例如在在项目号中输入“R-318-01”，需求部门“车身外饰部B&E”，测试项目中输入“硬度测试”，点击查找按钮，数据显示区域显示符合条件的条目，见图4所示。

图3　数据库软件的主界面

图4　数据库软件搜索举例图示

数据的存储是依靠通用的全球文档管理系统(GDM)进行管理，界面如图5所示。使用人员需有GDM的账号及相关目录的浏览权限。使用者在进行搜索查询后，选中自己需要的条目，点击数据链接按钮，界面会自动跳转到GDM系统，用户在输入账号和密码后可以浏览和下载相应的数据。若条件许可，也可用其它的存储系统。

图5　GDM文档管理系统

3、数据库的应用

目前，该数据库已经收集了2000多条数据，每年可以增加800条数据，并且随着新试验设备的投入使用及外部试验资源的开发，试验数据的种类和数量会快速增加。

数据库已经投入给公司各个部门使用，对于仿真部门可以很方便的下载模拟分析所要使用的材料基础数据；对于开发部门在零件选材时可以通过不同的检索方式浏览需要的数据，也可以借鉴之前发生的失效案例及总结，在设计开始就采取一定防范措施，在解决失效问题时可以参考其他车型或类似零件的失效模式，提供解决思路。系统的建立可将各部门材料相关的测试数据进行统一管理和使用，为车辆的开发提供了有力支持。

4、结论

1）利用Visual Studio软件为开发工具，结合泛亚汽车有限公司的现有资源建立了材料测试及失效分析数据库，系统用户界面友好，具有添加、删除、查询、修改等功能。

2）数据库依据试验室的现有管理体系，车型的需求和材料学科的分类对数据库的结构进行了科学的组织，系统结构设计合理，所包含信息全面、可靠，易于维护和扩充。

3）数据库的开发与应用为需求部门提供了一个很好的平台，可以极大地提高开发，选材及解决失效问题的效率。

参考文献

[1] 郭启雯,才鸿年,王富耻,张洪梅等.材料数据库系统在选材评价中的综合应用研究[J].材料工程,2012,1:1-4.

[2] 李康,史晓刚,陈群.仿真数据管理平台的需求分析与实施[J].计算机辅助工程，2013,22(S1:)24-29.

[3] 刘海定，汤爱涛，潘复生，左汝林.材料科学数据库的研究现状及其发展趋势[J].材料导报，2004,(18)9:5-7.

[4] 冯耀如,林凯,王新虎,等．油井杆失效分析预测预防技术进展及发展方向[J]．理化检验一物理分册(Physical Testing and Chemical Analysis Part A：Physical Testing)，2005.41(增刊)：55—58．

[5] 张锋,乔宁,王光耀．材料腐蚀数据库(网络版)的设计与制作[J]．腐蚀科学与防护技术,2004，(3):177—179．

[6] 王臣,高俊山.金属材料失效引发重大事故案例数据库的设计与建设[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

作者简介：刘鹏鹏，就职于泛亚汽车技术中心有限公司。

中图分类号：U465.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)03-164-04