汽车轻量化导论 马鸣图 等 编 专业科技 文轩网

第1章汽车工业发展呼唤汽车轻量化1
1.1汽车工业发展概况1
1.2节能减排是汽车工业发展的必然趋势5
1.3汽车轻量化意义重大6
1.4世界各国十分重视节能减排和轻量化12
1.5世界各国汽车轻量化的研发现状和进展15
1.5.1美国轻量化研究现状和研发方向17
1.5.2加拿大轻量化研究现状和研发方向20
1.5.3日本轻量化研究现状和研发方向21
1.5.4德国轻量化研究现状和研发方向21
1.6轻量化必须保证汽车的安全性和可靠性22
1.7发展新能源汽车23
1.8轻量化的LCA评估和优化设计26
1.9商用车轻量化29
1.10倡导主机厂和汽车零部件厂的生态平衡关系29
参考文献30
第2章汽车轻量化的表征参量和评价方法32
2.1概述32
2.2乘用车白车身设计、功能、意义和内涵32
2.3乘用车整车轻量化效果的评估方法35
2.4乘用车轻量化评价参量的比较47
2.5商用车轻量化的表征参量48
参考文献49
第3章汽车轻量化工程的实施51
3.1概述51
3.2车身的优化设计52
3.2.1有限元分析的优化设计方法53
3.2.2汽车轻量化优化设计和安全54
3.2.3多学科多目标优化技术在汽车轻量化设计中的应用57
3.2.4车身及主要结构件的拓扑优化技术59
3.3合理的选材62
3.3.1几种材料特性的比较62
3.3.2几种轻量化材料全寿命周期的评价64
3.3.3主要轻量化材料的环保性分析69
3.3.4主要轻量化材料的回收性分析70
3.4优选的成形技术71
3.5轻量化的技术路线71
参考文献78
第4章材料性能和零件功能的关系80
4.1概述80
4.2材料性能定义和范畴的拓宽80
4.3材料性能和零件功能的关系、异同及表征81
4.3.1不同零件的功能和材料性能的对应关系82
4.3.2工艺因素对零件功能和材料性能的对应关系的影响82
4.3.3服役过程中的材料性能和零件功能的变化94
4.4材料研发必须重视应用研究95
4.5材料性能和零件功能关系的理念的应用96
参考文献99
第5章材料高应变速率下的响应特性102
5.1概述102
5.1.1应对第三次工业革命，汽车工业将向电动化、智能化、轻量化方向发展102
5.1.2现代汽车设计理念中的轻量化102
5.1.3发展轻量化技术已成为世界各国共识104
5.1.4现代汽车安全理念中的轻量化105
5.1.5虚拟开发是新车开发的重要手段105
5.2汽车碰撞和工业实践需要材料在高应变速率下的响应特性106
5.2.1动态载荷和应变速率106
5.2.2高应变速率下材料力学性能的测试技术107
5.2.3高速拉伸的试样的形状和尺寸109
5.2.4高速拉伸时信号振动的基本原理及测量技术前沿110
5.2.5高速拉伸的数据处理112
5.2.6高速拉伸数据的本构方程115
5.3影响高速拉伸试验数据可靠性和分散性的因素123
5.4几类典型材料高速拉伸的响应特性124
5.4.1高强度钢和第一代优选高强度钢124
5.4.2防弹钢的高速拉伸性能129
5.4.3第二代优选高强度钢——高锰TWIP钢134
5.4.4Q&P钢和Q&PT钢137
5.5铝合金在高应变速率下的响应特性141
5.6镁合金在高应变速率下的响应特性147
参考文献152
第6章汽车用优选高强度钢的氢致延迟断裂158
6.1概述158
6.2可扩散氢与残余应力159
6.2.1可扩散氢159
6.2.2残余应力161
6.3氢致延迟断裂的微观机理163
6.3.1不涉及塑性变形的延迟断裂机理164
6.3.2与塑性变形相关的延迟断裂机理164
6.4氢致延迟断裂性能的表征方法165
6.4.1恒载荷拉伸试验165
6.4.2慢速率拉伸试验166
6.4.3断裂韧性试验167
6.4.4弯曲与冲杯试验168
6.5优选高强度钢的氢致延迟断裂分析169
6.5.1热冲压钢170
6.5.2含TWIP效应的钢171
6.5.3含TRIP效应的钢172
参考文献173
第7章乘用车结构的轻量化设计179
7.1概述179
7.2对乘用车的性能要求179
7.3乘用车白车身的性能要求181
7.3.1白车身刚度181
7.3.2白车身的安全性188
7.3.3白车身的固有频率和NVH性能191
7.3.4白车身使用寿命和回收196
7.4乘用车结构CAE分析204
7.4.1CAE分析的重要意义205
7.4.2CAE分析的方法206
7.4.3CAE分析的各种软件207
7.5乘用车结构轻量化的优化设计209
7.5.1结构拓扑优化设计209
7.5.2结构尺寸优化设计211
7.5.3结构形状优化设计212
7.5.4白车身结构载荷传递路径分析和抗撞性设计213
7.6结构灵敏度分析方法214
7.6.1概述214
7.6.2静态灵敏度分析理论215
7.6.3结构动态灵敏度分析218
7.6.4综合选取设计变量220
7.7基于性能目标很优的优化设计方法221
7.7.1概述221
7.7.2单目标优化设计221
7.7.3多目标协同优化设计223
7.8白车身轻量化多目标优化设计举例227
参考文献228
第8章商用车结构的轻量化设计231
8.1商用车的工作模式和承载特性分析231
8.1.1底盘车架232
8.1.2驾驶室232
8.1.3行走机构232
8.1.4动力总成系统232
8.1.5悬架系统233
8.1.6车轮233
8.2商用车驾驶室轻量化设计233
8.2.1驾驶室参数化建模234
8.2.2驾驶室弯扭刚度分析234
8.2.3驾驶室低阶模态分析236
8.2.4基于被动安全性的驾驶室轻量化优化设计237
8.2.5商用车驾驶室其他轻量化方法242
8.3商用车车架结构轻量化设计248
8.3.1车架结构有限元建模250
8.3.2车架有限元自由模态分析251
8.3.3车架弯曲和扭转刚度的计算252
8.3.4车架结构强度分析255
8.3.5车架结构轻量化设计257
8.3.6车架疲劳寿命分析与轻量化261
8.4驱动桥桥壳轻量化设计265
8.4.1概述265
8.4.2桥壳结构有限元建模266
8.4.3桥壳结构强度和刚度分析269
8.4.4桥壳结构轻量化设计272
参考文献276
第9章汽车轻量化和优选高强度钢的应用279
9.1概述279
9.2汽车钢板的分类281
9.3汽车钢板的典型显微组织285
9.4汽车高强度钢和优选高强度钢的研究进展293
9.5高强度钢的材料选用和设计哲学309
9.5.1应用高强度钢时的重要性能310
9.5.2设计哲学313
9.6高强度钢的应用和相关问题317
9.6.1成形性318
9.6.2加工硬化特性323
9.6.3回弹324
9.6.4疲劳性能338
9.6.5应变历史对双相钢疲劳性能的影响347
9.6.6点焊性能350
9.6.7工艺性能354
9.6.8烘烤硬化356
9.6.9压溃吸能356
参考文献357
第10章汽车轻量化和铝合金的应用362
10.1概述362
10.2铝合金的特点和优点364
10.3汽车铝合金的应用形式366
10.3.1铸造铝合金366
10.3.2精密铸造铝合金368
10.3.3半固态铸造成形373
10.3.4锻造铝合金379
10.3.5挤压铝合金380
10.3.6变形铝合金板材382
10.4各类型铝合金在汽车中的典型应用383
10.4.1铸造铝合金的应用383
10.4.2锻造铝合金的应用391
10.4.3挤压铝合金的应用393
10.4.4轧制铝合金板材395
10.5铝合金在汽车典型零部件和白车身上的集成应用397
10.5.1铝合金副车架397
10.5.2铝合金在汽车悬架上的应用399
10.5.3铝合金在新能源车上的应用401
10.5.4铝合金在典型整车上的应用403
10.5.5其他新型铝合金在汽车上的典型应用405
10.6汽车用高性能、高成形变形铝合金板材的研究进展410
10.6.1对汽车变形铝合金板材的力学性能要求410
10.6.2成形性419
10.6.3预处理（T4P）和抗时效稳定性436
10.6.4烘烤硬化性441
10.6.5抗凹性442
10.6.65000系铝合金镁含量和应力腐蚀开裂444
10.6.7油漆的光鲜性——表面状态、罗平线和橘皮445
10.6.8油漆兼容性456
10.6.9铝合金应用时的焊接技术457
参考文献460
第11章汽车轻量化和高分子基复合材料的应用464
11.1概述464
11.2高分子基复合材料的定义和分类464
11.2.1高分子基复合材料的定义464
11.2.2高分子基复合材料的分类465
11.3纤维增强树脂基复合材料465
11.4增强纤维466
11.4.1玻璃纤维466
11.4.2碳纤维467
11.4.3芳纶纤维468
11.5树脂基体469
11.5.1热固性树脂基体469
11.5.2热塑性树脂基体470
11.6复合材料的界面470
11.6.1界面剪切力的提出471
11.6.2界面剪切力的测定方法471
11.7热固性树脂基复合材料的制造工艺与方法472
11.7.1手糊成形工艺472
11.7.2喷射成形工艺474
11.7.3树脂传递模塑（RTM）成形475
11.7.4袋压法、热压罐法、液压釜法和热膨胀模塑法成形476
11.7.5夹层结构成形工艺476
11.7.6模压成形工艺477
11.7.7卷管成形工艺479
11.7.8缠绕成形工艺479
11.7.9拉挤成形工艺480
11.8热塑性树脂基复合材料的制造工艺与方法480
11.8.1挤出成形工艺481
11.8.2注塑成形工艺482
11.8.3连续纤维增强热塑性复合材料成形工艺483
11.8.4树脂注入成形工艺484
11.8.5GMT片材模压工艺484
11.9复合材料的强度理论485
11.9.1连续纤维增强高分子基复合材料的强度485
11.9.2不连续纤维增强高分子基复合材料的强度486
11.9.3长纤维和短纤维增强高分子基复合材料的混合强度487
11.10树脂基复合材料在汽车轻量化中的应用487
11.10.1汽车用复合材料的特点487
11.10.2复合材料在汽车上的应用489
11.10.3复合材料在新能源汽车上的典型应用508
参考文献512
第12章汽车轻量化和镁合金的发展应用514
12.1概述514
12.2镁合金的特点和优势515
12.3镁合金应用的类型515
12.3.1汽车用铸造镁合金515
12.3.2汽车用变形镁合金516
12.4汽车用新型镁合金的研究现状和进展516
12.4.1高强高韧镁合金516
12.4.2耐热镁合金518
12.4.3高耐蚀性镁合金521
12.4.4高性能变形镁合金522
12.4.5阻燃镁合金522
12.4.6半固态成形镁合金524
12.4.7镁基复合材料524
12.5镁合金在汽车轻量化中的典型应用527
12.5.1镁合金方向盘骨架528
12.5.2镁合金仪表盘支架528
12.5.3镁合金轮毂529
12.5.4镁合金座椅骨架530
12.5.5镁合金自动变速器壳体530
12.6扩大镁合金应用的问题和方法530
12.6.1积极推进镁合金的基础研究530
12.6.2建立重量的产品开发和设计平台531
12.6.3加快推进镁合金牌号和产品标准化532
12.6.4积极开展汽车全寿命周期评价的研究532
12.6.5大力推进汽车板EVI服务模式533
12.6.6积极组建产学研用协同创新体533
参考文献535
第13章汽车轻量化和热冲压成形技术541
13.1概述541
13.2热冲压成形材料的开发543
13.3热冲压成形板的镀层549
13.4热冲压成形钢的高温流变特性、FLD和摩擦系数的测定551
13.5加热工艺555
13.6成形和冷却557
13.7热冲压成形时的计算机模拟558
13.7.1冲压成形和冷却过程中的模拟559
13.7.2热传导模拟560
13.7.3材料的流变模型和本构方程564
13.7.4马氏体相变模型567
13.7.5成形极限图和摩擦系数568
13.8不同组织状态下的22MnB5钢的本构方程573
13.9热冲压成形零件热-力耦合仿真的实际应用575
13.9.1工艺参数对热冲压成形前防撞梁的影响575
13.9.2热冲压成形零件开模变形的仿真581
13.10热冲压成形的模具设计594
13.11热成形零件的性能检测599
13.11.1准静态力学性能和高速拉伸性能599
13.11.2热冲压成形钢板的尖冷弯601
13.11.3热冲压成形质量的检测和构件功能的检测603
13.12热冲压成形零件的后续加工604
13.13热冲压成形的热点606
参考文献615
第14章汽车轻量化和其他优选成形技术622
14.1液压成形622
14.1.1概述622
14.1.2板料的液压成形原理和方法622
14.1.3板料液压成形的形式623
14.1.4板料液压成形的应用625
14.2内高压成形627
14.2.1内高压成形的原理和方法627
14.2.2内高压成形的装备630
14.2.3内高压成形的模具设计634
14.2.4内高压成形的用材和性能要求639
14.2.5内高压成形零件的检测和评价642
14.2.6内高压成形的典型应用643
14.3辊压成形644
14.3.1辊压成形工艺概述644
14.3.2高强钢辊压成形材料特性645
14.3.3高强钢辊压成形工艺设计及装备646
14.3.4高强钢辊压成形零件的检测与评价649
14.3.5高强钢辊压成形件在汽车轻量化的应用651
14.3.6辊压成形前沿技术652
14.4激光拼焊板冲压成形技术654
14.4.1概述654
14.4.2激光拼焊的原理和方法654
14.4.3激光拼焊焊缝组织和性能655
14.4.4影响激光拼焊板质量的因素656
14.4.5激光拼焊板在汽车工业中的应用658
14.4.6激光拼焊板冲压成形基本原理658
14.4.7激光拼焊板冲压成形优势659
14.4.8激光拼焊板冲压成形性及其模具设计制造关键技术660
14.4.9激光拼焊板冲压件可制造性分析663
14.4.10激光拼焊板零件优化设计665
14.4.11激光拼焊板冲压件在车身中的典型应用667
14.5汽车用变厚板（VRB）670
14.5.1概述670
14.5.2变厚板轧制技术基本原理671
14.5.3变厚板应用关键技术674
14.5.4变厚板的检测评价677
14.5.5变厚度钢板在汽车行业的典型应用679
参考文献681