汽車輕量化技術(shù)手冊

前言

第1章輕量化驅(qū)動創(chuàng)新

1.1通過輕量化獲得成功1
1.2輕量化路線圖11
1.2.1車身構(gòu)造11
1.2.2動力總成中的構(gòu)造14
1.2.3底盤中的構(gòu)造17
參考文獻21
第2章技術(shù)動因

2.1行駛阻力23
2.2減重對行駛動力的影響29
2.3重量螺旋30
參考文獻31
第3章輕量化戰(zhàn)略

3.1輕量化戰(zhàn)略與方法的分類32
3.2材料輕量化39
3.2.1材料的轉(zhuǎn)換39
3.2.2同類型材料42
3.2.3制造輕量化43
3.2.4輕量化指數(shù)44
3.3形狀輕量化51
3.4概念輕量化53
3.4.1差分構(gòu)造和整體構(gòu)造53
3.4.2具有功能集成的組合54
3.5條件輕量化56
3.6汽車制造者在產(chǎn)品開發(fā)過程中的輕量化57
3.6.1輕量化成為社會因素57
3.6.2汽車制造商在產(chǎn)品開發(fā)中的戰(zhàn)略輕量化（目標發(fā)現(xiàn)過程）60
3.6.3戰(zhàn)術(shù)輕量化（規(guī)劃過程與匹配過程）72
3.6.4操作輕量化（開發(fā)過程）74
3.7選擇輕量化解決方案的前提和標準77
3.7.1比較標準——輕量化指數(shù)78
3.7.2經(jīng)濟性79
3.7.3組織前提與功能標準87
3.7.4關(guān)于總能量平衡與可回收性的考慮88
參考文獻91
第4章汽車輕量化的要求

4.1汽車制造中對耐久強度和使用壽命的要求93
4.1.1耐久強度載荷情形93
4.1.2耐久強度的理論基礎(chǔ)94
4.1.3新材料作為特殊挑戰(zhàn)94
4.2制造參數(shù)和生產(chǎn)參數(shù)對耐久性能的影響95
4.2.1承受動態(tài)載荷構(gòu)件的耐久性能95
4.2.2制造過程對耐久性能的影響98
4.2.3輕量化潛力小結(jié)104
4.3汽車的耐久尺度104
4.3.1載荷集與損傷累積104
4.3.2各種鋼基材料的靜態(tài)抗拉強度和疲勞強度105
4.3.3連接工藝對原理試樣疲勞強度的影響106
4.3.4變薄拉伸DC04減振支柱（板材厚度變化）示例108
4.4對輕量化材料的要求與耐久強度工程108
4.4.1纖維復(fù)合材料108
4.4.2熱塑性塑料109
4.4.3鋁109
4.4.4耐久強度仿真工程110
4.4.5示例：豪華敞篷跑車車身的耐久設(shè)計114
4.5被動安全與碰撞性能115
4.5.1汽車制造中的被動安全要求115
4.5.2汽車結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代造型119
4.5.3被動安全對材料的要求121
4.5.4輕量化材料仿真的挑戰(zhàn)126
參考文獻132
第5章在多材料設(shè)計道路上用于輕量化構(gòu)造的要求管理與工具

5.1基于模型的要求管理134
5.1.1動機134
5.1.2建模方法135
5.1.3概念建模與評估139
5.2用于汽車結(jié)構(gòu)推導(dǎo)的計算方法140
5.2.1概念開發(fā)階段的拓撲優(yōu)化方法141
5.2.2概念開發(fā)——以纖維增強材料為例144
5.3應(yīng)用示例——纖維復(fù)合材料密集的肋空間框架構(gòu)造146
5.3.1關(guān)鍵構(gòu)件環(huán)狀肋的功能原理146
5.3.2開發(fā)與設(shè)計147
參考文獻148

第6章用于汽車制造的輕量化材料150
6.1鋼150
6.1.1鋼材料基礎(chǔ)150
6.1.2鋼種類與交付形式156
6.1.3無間隙原子鋼和烘烤硬化鋼161
6.1.4用于冷成形的微合金鋼165
6.1.5多相鋼(DP, CP, BS，殘余奧氏體，MS)168
6.1.6調(diào)質(zhì)鋼171
6.1.7超細晶粒鋼和納米顆粒鋼178
6.1.8具有TRIP/TWIP效應(yīng)的高錳鋼182
6.1.9高鋁鋼190
6.2輕金屬196
6.2.1鋁合金196
6.2.2鎂合金與鎂基復(fù)合材料227
6.2.3鈦、鈦合金與鈦鋁化物242
6.3固體陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料250
6.3.1在汽車制造中的應(yīng)用250
6.3.2制造方法256
6.3.3典型結(jié)果與性能257
6.3.4小結(jié)259
6.4塑料259
6.4.1外部塑料和內(nèi)部塑料259
6.4.2汽車結(jié)構(gòu)中的纖維增強塑料284
參考文獻306
第7章輕量化材料生產(chǎn)和加工技術(shù)

7.1成型技術(shù)與成形技術(shù)319
7.1.1方法分類319
7.1.2扁平件的制造方法320
7.1.3基于有效介質(zhì)的成形工藝329
7.1.4型材與管材的制造方法337
7.1.5板材、型材與管材的彎曲341
7.1.6鑄造工藝344
7.2金屬拼焊產(chǎn)品（MTP）361
7.2.1概覽361
7.2.2連續(xù)加工拼焊產(chǎn)品361
7.2.3非連續(xù)加工拼焊產(chǎn)品366
7.2.4金屬材料復(fù)合——包覆帶材與復(fù)合型材370
7.2.5發(fā)展趨勢373
7.3復(fù)合與夾層解決方案374
7.3.1分類374
7.3.2夾層解決方案的結(jié)構(gòu)和承載性能376
7.3.3型芯材料和覆蓋層材料377
7.3.4彎曲理論及夾層理論380
7.3.5失效類型和不穩(wěn)定性381
7.3.6制造工藝與連接技術(shù)383
7.3.7選擇方法、應(yīng)用示例與功能集成385
7.4塑料材料技術(shù)388
7.4.1熱塑性塑料的材料技術(shù)391
7.4.2熱塑性半成品的生產(chǎn)與加工409
7.4.3熱固性塑料的材料技術(shù)422
7.4.4彈性體444
7.4.5熱塑基塑料、熱固性塑料與彈性體的回收工藝446
7.5混合輕量化結(jié)構(gòu)連接技術(shù)447
7.5.1引言447
7.5.2新輕量化構(gòu)造對連接技術(shù)的挑戰(zhàn)449
7.5.3多材料結(jié)構(gòu)連接工藝450
7.5.4展望476
7.6表面技術(shù)和層壓復(fù)合材料476
7.6.1用于內(nèi)燃機的現(xiàn)代材料復(fù)合方案483
7.6.2熱噴涂氣缸內(nèi)涂層的生產(chǎn)487
7.6.3材料選擇和材料特征490
7.6.4涂層特征491
7.6.5輕型動力總成的目標領(lǐng)域和應(yīng)用499
7.7改進輕量化解決方案的自適應(yīng)技術(shù)499
7.7.1智能結(jié)構(gòu)500
7.7.2隔振（接收體干擾抑制）500
7.7.3半被動阻尼502
7.7.4半主動阻尼方案503
7.7.5主動振動控制506
7.7.6主動噪聲控制和主動結(jié)構(gòu)聲學(xué)控制508
參考文獻510
第8章回收、生命周期評估和原材料可用性

8.1生命周期評估作為輕量化的決策輔助528
8.1.1生命周期評估的方法論基礎(chǔ)528
8.1.2輕量化材料的生態(tài)評估530
8.2在報廢概念中的輕量化534
8.2.1法律框架534
8.2.2報廢車輛處理534
8.2.3輕量化構(gòu)件的報廢535
8.2.4評估回收流的方法程序537
8.3汽車輕量化原材料的可用性539
8.3.1導(dǎo)言539
8.3.2用于汽車輕量化的原材料540
8.3.3可用性的相關(guān)標準542
8.3.4評估：有風(fēng)險或無風(fēng)險544
8.3.5對風(fēng)險原材料的最新研究結(jié)果進行比較551
8.3.6結(jié)論552
參考文獻553
第9章現(xiàn)今和未來的輕量化方案

9.1概述555
9.2在整車層面通過系統(tǒng)輕量化提升潛力557
9.2.1整車中的二次效應(yīng)558
9.2.2車輛結(jié)構(gòu)與車輛尺寸558
9.2.3載荷級概念561
9.2.4跨子系統(tǒng)優(yōu)化與模塊化562
9.3車身子系統(tǒng)的潛力563
9.3.1拓撲優(yōu)化和整體結(jié)構(gòu)563
9.3.2材料輕量化和制造輕量化564
9.3.3新方案和構(gòu)造573
9.4發(fā)動機/動力系統(tǒng)子系統(tǒng)的潛力578
9.4.1概念輕量化578
9.4.2材料輕量化與通過模塊化實現(xiàn)輕量化579
9.4.3驅(qū)動與車輛總布置的合成582
9.5底盤組件的潛力584
9.5.1概念輕量化584
9.5.2形狀輕量化586
9.5.3通過材料和構(gòu)造實現(xiàn)輕量化586
9.6內(nèi)飾組件的潛力588
9.6.1系統(tǒng)輕量化/模塊化588
9.6.2材料輕量化和制造輕量化588
9.7電氣/電子子系統(tǒng)的潛力589
9.7.1系統(tǒng)輕量化589
9.7.2材料輕量化589
9.8趨勢——材料和構(gòu)造混合590