轻量化是汽车行业发展的大趋势，一体压铸工艺不仅能够显著降低车身重量，还能够节省模具，减少设备投入、厂房占地、整车工时投入，从而降低制造成本。当然，一体化压铸铝车身结构也存在着一些需要克服的技术难点，如初期良品率低、压铸机投入成本较高、，压铸制造过程中容易产生缺陷等。

铝材在压铸制造过程中会在其内部产生孔隙，进而影响车身结构件的力学性能（如强度、碰撞、疲劳寿命等）。通过计算机仿真分析的方法可以快速方便地研究不同压铸工艺得到的车身结构的力学性能，进而帮助企业在快速确定压铸工艺参数，减少了实际测试和调整的时间和次数，进而降低企业生产成本，提高研发和生产的效率。

图1 . 一体化超大压铸车身后舱（图片来自网络）。

Digimat是一款专注于多尺度复合材料非线性本构预测和材料建模的商用软件包，能够帮助用户预测具有孔隙分布结构的宏观材料性能，并拥有广泛的软件接口，可以为几乎所有主流的有限元程序提供材料模型或进行多尺度耦合分析，从而使得对材料行为的仿真预测更加准确。

图2. Digimat相应模块功能介绍。

图3. 针对含孔隙率的压铸铝一体化车身结构件仿真分析解决方案。

为了研究铝制车身结构在压铸制造过程中的孔隙率对结构力学性能的影响，首先通过压铸仿真软件（如MAGMAsoft）得到车身结构件中的孔隙分布情况；利用Digimat软件构建孔隙率相关的压铸铝材料属性卡片，并将工艺仿真得到的孔隙率分布结果映射到车身结构的有限元网格上；最后使用Digimat与有限元分析软件（如NASTRAN、LS-Dyna等）进行联合仿真，从而实现对带有孔隙的压铸铝车身结构件进行精确的力学性能仿真。具体步骤如下（如图3所示）：

（1）在Digimat的MF模块中构建含有孔隙率的压铸铝材料属性，研究不同孔隙率情况下材料的力学性能，将压铸铝材料随孔隙率变化的行为引入到有限元模型中（图4（a））；

（2）根据车身结构件压铸工艺仿真计算的结果（如通过MAGMAsoft得到），在Digimat的MAP模块中将孔隙率分布情况映射到有限元仿真分析的网格上，实现有孔隙率的压铸铝车身结构件有限元精确模型的建立（图4（b））；

（3）在Digimat的CAE模块中，生成孔隙率相关的压铸铝材料属性卡片，并与孔隙分布文件一起添加到有限仿真分析的相应计算文件中；

（4）通过Digimat与有限元软件之间的联合仿真，实现对含孔隙率的压铸铝一体化车身结构的仿真分析，可以研究不同孔隙率情况下，车身结构强度、碰撞、疲劳寿命等力学性能的变化。

图4. （a）孔隙率对压铸铝单向拉伸曲线的影响；（b）将压铸工艺软件获得的孔隙率分布结果映射到有限元分析网格上（示例模型，非实际产品）

利用Digimat与压铸仿真软件、有限元仿真分析软件的联合仿真，实现了针对含有孔隙的压铸铝一体化车身结构件的仿真分析。首先通过将压铸工艺仿真分析得到的孔隙分布数据并映射在车身结构件的有限元网格上，同时考虑孔隙率对压铸铝材料属性的影响，可以精确模拟不同压铸制造工艺条件下压铸铝车身结构件的力学性能，帮助企业优化压铸制造工艺，缩短车身结构研发时间，达到降本增效的目的。