汽車輕量化技術手冊

《汽車輕量化技術手冊》是2020年機械工業出版社出版的圖書，作者是霍斯特·Ｅ弗里德里希。本書闡述了汽車輕量化戰略———從材料輕量化 到概念輕量化、形狀輕量化，直至條件輕量化。

基本介紹

• 中文名：汽車輕量化技術手冊
• 作者：霍斯特·Ｅ弗里德里希
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111658276 

內容簡介

本書是德國汽車輕量化、德國宇航中心霍斯特·Ｅ弗里德里希 教授組織德國輕量化行業內知名專家共同編寫的一本描述德國汽車輕量化 技術的手冊類圖書。本書系統地闡述了汽車輕量化戰略———從材料輕量化 到概念輕量化、形狀輕量化，直至條件輕量化。所有這些發展方向都基於 對汽車輕量化的要求。本書始終圍繞兩大主題：經典和創新輕量化材料的 處理，以及由此而來的材料與坯材的加工技術，涉及金屬、塑膠、陶瓷等 材料的表面處理、複合及連線技術等*重要的工藝方法。本書還介紹了非 常重要的原材料供應、回收和生命周期評估等方面的內容，並且對現今和 未來的汽車輕量化方案與趨勢進行了介紹。 本書適合汽車技術領域的工程師、技術員以及教師、研究人員和學生 系統閱讀學習，也適合所有對汽車輕量化技術感興趣的讀者閱讀參考。

圖書目錄

前言

第1章輕量化驅動創新

1.1通過輕量化獲得成功1

1.2輕量化路線圖11

1.2.1車身構造11

1.2.2動力總成中的構造14

1.2.3底盤中的構造17

參考文獻21

第2章技術動因

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章輕量化戰略

3.1輕量化戰略與方法的分類32

3.2材料輕量化39

3.2.1材料的轉換39

3.2.2同類型材料42

3.2.3製造輕量化43

3.2.4輕量化指數44

3.3形狀輕量化51

3.4概念輕量化53

3.4.1差分構造和整體構造53

3.4.2具有功能集成的組合54

3.5條件輕量化56

3.6汽車製造者在產品開發過程中的輕量化57

3.6.1輕量化成為社會因素57

3.6.2汽車製造商在產品開發中的戰略輕量化（目標發現過程）60

3.6.3戰術輕量化（規划過程與匹配過程）72

3.6.4操作輕量化（開發過程）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78

3.7.2經濟性79

3.7.3組織前提與功能標準87

3.7.4關於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汽車製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94

4.1.3新材料作為特殊挑戰94

4.2製造參數和生產參數對耐久性能的影響95

4.2.1承受動態載荷構件的耐久性能95

4.2.2製造過程對耐久性能的影響98

4.2.3輕量化潛力小結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抗拉強度和疲勞強度105

4.3.3連線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纖維複合材料108

4.4.2熱塑性塑膠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計114

4.5被動安全與碰撞性能115

4.5.1汽車製造中的被動安全要求115

4.5.2汽車結構的現代造型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126

參考文獻132

第5章在多材料設計道路上用於輕量化構造的要求管理與工具

5.1基於模型的要求管理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用於汽車結構推導的計算方法140

5.2.1概念開發階段的拓撲最佳化方法141

5.2.2概念開發——以纖維增強材料為例144

5.3套用示例——纖維複合材料密集的肋空間框架構造146

5.3.1關鍵構件環狀肋的功能原理146

5.3.2開發與設計147

參考文獻148

第6章用於汽車製造的輕量化材料150

6.1鋼150

6.1.1鋼材料基礎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用於冷成形的微合金鋼165

6.1.5多相鋼(DP, CP, BS，殘餘奧氏體，MS)168

6.1.6調質鋼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鎂合金與鎂基複合材料227

6.2.3鈦、鈦合金與鈦鋁化物242

6.3固體陶瓷與陶瓷基複合材料250

6.3.1在汽車製造中的套用250

6.3.2製造方法256

6.3.3典型結果與性能257

6.3.4小結259

6.4塑膠259

6.4.1外部塑膠和內部塑膠259

6.4.2汽車結構中的纖維增強塑膠284

參考文獻306

第7章輕量化材料生產和加工技術

7.1成型技術與成形技術319

7.1.1方法分類319

7.1.2扁平件的製造方法320

7.1.3基於有效介質的成形工藝329

7.1.4型材與管材的製造方法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金屬拼焊產品（MTP）361

7.2.1概覽361

7.2.2連續加工拼焊產品361

7.2.3非連續加工拼焊產品366

7.2.4金屬材料複合——包覆帶材與複合型材370

7.2.5發展趨勢373

7.3複合與夾層解決方案374

7.3.1分類374

7.3.2夾層解決方案的結構和承載性能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失效類型和不穩定性381

7.3.6製造工藝與連線技術383

7.3.7選擇方法、套用示例與功能集成385

7.4塑膠材料技術388

7.4.1熱塑性塑膠的材料技術391

7.4.2熱塑性半成品的生產與加工409

7.4.3熱固性塑膠的材料技術422

7.4.4彈性體444

7.4.5熱塑基塑膠、熱固性塑膠與彈性體的回收工藝446

7.5混合輕量化結構連線技術447

7.5.1引言447

7.5.2新輕量化構造對連線技術的挑戰449

7.5.3多材料結構連線工藝450

7.5.4展望476

7.6表面技術和層壓複合材料476

7.6.1用於內燃機的現代材料複合方案483

7.6.2熱噴塗氣缸內塗層的生產487

7.6.3材料選擇和材料特徵490

7.6.4塗層特徵491

7.6.5輕型動力總成的目標領域和套用499

7.7改進輕量化解決方案的自適應技術499

7.7.1智慧型結構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構聲學控制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528

8.1.2輕量化材料的生態評估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輕量化構件的報廢535

8.2.4評估回收流的方法程式537

8.3汽車輕量化原材料的可用性539

8.3.1導言539

8.3.2用於汽車輕量化的原材料540

8.3.3可用性的相關標準542

8.3.4評估：有風險或無風險544

8.3.5對風險原材料的研究結果進行比較551

8.3.6結論552

參考文獻553

第9章現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輕量化提升潛力557

9.2.1整車中的二次效應558

9.2.2車輛結構與車輛尺寸558

9.2.3載荷級概念561

9.2.4跨子系統最佳化與模組化562

9.3車身子系統的潛力563

9.3.1拓撲最佳化和整體結構563

9.3.2材料輕量化和製造輕量化564

9.3.3新方案和構造573

9.4發動機/動力系統子系統的潛力578

9.4.1概念輕量化578

9.4.2材料輕量化與通過模組化實現輕量化579

9.4.3驅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通過材料和構造實現輕量化586

9.6內飾組件的潛力588

9.6.1系統輕量化/模組化588

9.6.2材料輕量化和製造輕量化588

9.7電氣/電子子系統的潛力589

9.7.1系統輕量化589

9.7.2材料輕量化589

9.8趨勢——材料和構造混合590

作者簡介

霍斯特·E.弗里德里希（Horst E.Friedrich）教授，擔任大眾汽車集團研發中心汽車材料與概念部主任多年，曾主持開發大眾的“1升汽車”的代白車身，2004年，到德國宇航中心創立並任車輛概念研究所的第壹任所長，並任斯圖加特大學和柏林工業大學教授。