美高校研发金属发泡复合材料 模拟显示可显著降低汽车碰撞冲击

美国北卡罗来纳州立大学研究人员开发出一种金属发泡复合材料，旨在提升汽车事故中的乘员保护性能。该材料由不锈钢基材与内部嵌入的数千个中空不锈钢球构成。与传统设计中车辆结构件在事故中发生局部大幅弯曲不同，该复合结构通过受控变形逐步吸收碰撞能量，从而延长减速过程，减少传递至乘员室的冲击力。

研究团队利用计算机模拟对比了三种耐冲击梁设计：长方形钢梁、现代轿车常用的双八角形铝梁，以及新型钢制发泡体填充结构。在时速约88公里的模拟碰撞中，采用钢制发泡体的结构相比双八角形铝梁，Zui大冲击力和Zui大减速度降低约38%，与碰撞严重度和头部损伤风险相关的指标下降约45%。相比之下，传统长方形钢梁在撞击后完全压缩并传递巨大力量，而发泡体设计使对应指标降低约84%，碰撞严重度评估降至约1/16，头部损伤指数降至约1/6。

模拟还显示，新设计首次达到危险临界阈值的车速约为96公里/小时（基于高伤害指数HIC计算则约为124公里/小时），比对照的铝梁设计高出约34%至40%

研究团队同时关注该材料在电动汽车领域的应用潜力。电动车电池包不仅需防机械变形，还需应对热失控与火灾风险。金属发泡复合材料具备耐热、耐火及优异的能量吸收特性，被视为未来电池防护结构的候选方案。

需注意的是，当前结果均基于计算机模拟得出，尚未开展实车物理碰撞测试。现有模型也未完全还原安全带、安全气囊及碰撞假人等影响人体保护的实际变量，因此主要反映不同梁设计的能量吸收差异，而非整车综合安全评价。研究团队下一步将依据美国国家道路交通安全局（NHTSA）标准进行物理试验，待实地验证充分后，方可全面评估其商用装车前景。