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内容简介

　　作为提高汽车燃油经济性的手段之一，轻量化并不是新鲜的技术名词。从20世纪70年代以来，汽车轻量化已经有了长足的发展。近几年，世界各地燃油经济性不断严峻的趋势，使汽车公司和零部件供应商进一步大力开展汽车轻量化研究，各种新材料、新技术层出不穷。应该注意的是，汽车轻量化不只是单纯的减重，必须同时考虑性能、工艺、成本等因素。单一材料很难同时满足各种汽车零部件的不同要求。因此，汽车轻量化的发展趋势是多种材料的混合使用。为了确保在恰当的部位使用合适的材料，工程人员有必要了解各种轻量化材料、加工工艺、相关的连接技术，以及优化技术。

作者简介

　　韩维建博士，现任美国福特汽车公司亚太区研究与先进工程主管。自从1995年加入福特以来，在中国、泰国、印度、菲律宾和越南等国家，他组织和领导了众多的研究和技术项目，代表福特汽车公司参与由世界银行、亚洲发展银行资助的“亚洲清洁空气行动”。他在交通可持续发展系统分析、汽车轻量化、环境、能源、道路交通安全、政策制定、以及产学研结合等诸多领域都具有丰富的经验和研究成果。韩博士自2011年以来担任国际汽车工程师协会工程会议理事会成员。韩维建博士在俄克拉菏马州的塔尔萨大学获得机械工程博士学位（1997）和工程管理硕士学位（1990），他在四川大学获得金属材料工程的学士学位（1983）。他目前是上海交通大学的兼职博士导师，并在清华大学和重庆大学联合指导博士生。韩维建博士在2001年4月获太平洋地区经济理事会环境银奖，2002年9月获云南省国际合作类科技进步奖，2011年南京航天航空大学校长国际合作奖，2013年福特中国大使奖。韩博士在能源经济、生命周期分析、汽车排放控制技术和可替代能源技术等领域，发表和发布国际性论文、演讲、讲座等逾80篇次。

目录

丛书总序自序推荐序前言第1章　绪论11.1　汽车材料的发展历程11.2　汽车轻量化的驱动力及影响因素51.2.1　石油危机和油价51.2.2　燃油经济性法规71.3　汽车轻量化趋势101.3.1　轻量化材料101.3.2　汽车轻量化系统工程12参考文献14第2章　先进高强钢在汽车上的应用172.1　概述172.2　先进高强钢的发展202.3　发展先进高强钢的驱动力252.3.1　成本262.3.2　安全262.3.3　温室气体排放272.3.4　力学性能272.4　先进高强钢292.4.1　双相钢322.4.2　复相钢402.4.3　TRIP钢442.4.4　马氏体钢502.4.5　TWIP钢552.4.6　奥氏体不锈钢622.5　先进高强钢的应用662.5.1　先进加工工艺662.5.2　先进高强钢面临的挑战742.6　发展趋势792.6.1　第三代先进高强钢792.6.2　组织设计802.6.3　新工艺83参考文献88第3章　铝合金在汽车中的应用923.1　引言与概况923.2　铝合金的命名系统973.3　铝合金在汽车中的应用情况1013.3.1　按照应用部位分类1013.3.2　按照加工类型分类1043.4　铝合金应用后的轻量化效果1083.5　铝合金在汽车应用中的前景展望111参考文献112第4章　镁合金在汽车中的应用1154.1　引言1154.1.1　镁合金概述1154.1.2　镁合金对汽车轻量化的意义1184.2　镁合金在汽车工业中的应用1184.2.1　应用历史1184.2.2　应用介绍1204.3　镁合金在汽车应用上的局限性1244.4　汽车用镁合金的发展趋势126参考文献127第5章　塑料1315.1　车用塑料材料发展概述1315.1.1　塑料材料的制备1325.1.2　塑料的分类1345.1.3　塑料的特性及应用1435.1.4　塑料成型工艺1535.2　塑料材料在汽车轻量化上应用的典型案例1565.2.1　材料研究1565.2.2　结构设计1585.2.3　制造可行性分析1615.3　汽车用塑料发展趋势164参考文献166第6章　复合材料1706.1　复合材料在汽车中的应用1706.1.1　复合材料的种类及特点1706.1.2　复合材料在汽车中应用的历史和现状1736.2　汽车用复合材料的主要种类1756.2.1　热固性树脂基复合材料1756.2.2　热塑性树脂基复合材料1836.2.3　金属基复合材料1886.2.4　其他复合材料1946.3　汽车用复合材料面临的挑战及未来的发展方向1976.3.1　汽车用复合材料面临的挑战1976.3.2　汽车用复合材料未来的发展方向203参考文献204第7章　现代车身连接技术2067.1　概述2067.2　熔化焊接2077.2.1　电阻点焊2077.2.2　激光焊接2127.2.3　气体保护焊2167.3　固相连接2187.4　机械连接2217.4.1　自穿刺铆接2217.4.2　无铆钉铆接2237.4.3　自攻螺纹连接2267.5　结构胶粘接2287.6　金属/非金属材料连接方法简介2307.7　小结233参考文献235第8章　轻量化优化设计技术2378.1　概述2378.1.1　优化设计技术2378.1.2　轻量化优化设计分类2388.2　结构拓扑优化2388.2.1　结构优化分类2388.2.2　结构拓扑优化原理2398.2.3　轻量化拓扑优化应用案例2418.3　汽车用材优化2438.3.1　汽车用材背景2438.3.2　汽车用材趋势2448.3.3　汽车用材与性能间的关系2458.4　工艺设计优化2498.4.1　轻量化工艺设计概述2498.4.2　典型轻量化工艺2508.4.3　轻量化工艺优化应用案例2548.5　小结261参考文献261

前言/序言

　　前　　言　　作为提高汽车燃油经济性的手段之一，轻量化并不是新鲜的技术名词。从20世纪70年代以来，汽车轻量化已经有了长足的发展。为了满足各国政府的安全法规、排放法规以及消费者对于个性化和舒适性的要求，各种零部件、子系统被逐步安装到汽车上。这导致在过去40年，汽车平均质量实际上在缓慢上升。近几年世界各地燃油经济性法规不断加严的趋势，使汽车公司和零部件供应商进一步大力开展汽车轻量化研究，各种新材料、新技术层出不穷。应该注意的是，汽车轻量化不只是单纯的减重，必须同时考虑性能、工艺、成本等因素。单一材料很难同时满足各种汽车零部件的不同要求。因此，汽车轻量化的发展趋势是多种材料的混合使用。为了确保在恰当的部位使用最合适的材料，工程人员有必要了解各种轻量化材料、加工工艺、相关的连接技术以及优化技术。　　基于新颖、实用、系统的理念，本书第1章回顾了汽车用材料的组成与演变，以及汽车轻量化发展趋势，强调要系统地研发和推进轻量化。第2～6章覆盖了常用轻量化材料在汽车中的应用，包括高强钢、铝合金、镁合金、塑料和复合材料。由于这些材料必须连接在一起，因此各种连接技术是保证汽车结构整体性的关键。第7章介绍了多种用于汽车轻量化设计的连接技术。第8章讨论了优化设计技术在汽车轻量化中的应用。　　参与本书编写的是一个比较“新”的博士团队，这一团队在汽车材料和轻量化方面累积了丰富的经验。 除了韩维建、张瑞杰、郑江以外，参加编写的还有黄诗尧、马秋、包祖国、石燕栋和石磊。每个人都尽力把自己对轻量化的理解和经验反映在本书的内容里面。将汽车轻量化的一些基础知识介绍给高校相关专业的学生和从事汽车轻量化工作的工程师，以及所有对汽车轻量化感兴趣的人。由于时间仓促和作者们的阅历局限，本书的不足之处在所难免，欢迎读者提出批评和修改意见。　　韩维建丛 书 总 序作为《中国制造2025》战略部署的主要支点之一，汽车业持续、快速、健康的发展将为实现中国制造业强国目标奠定坚实的基础。面对中国汽车产业大而不强的现状，自主品牌汽车产业的发展壮大时不我待。重庆自主品牌汽车协同创新中心，依托国家“2011计划”，立足于重庆地区汽车产业的资源和优势，以我国自主品牌汽车发展重大需求为牵引，以体制机制创新为手段，探索我国汽车自主品牌的发展模式。中心面向国内自主品牌汽车产业，重点开展培养高端人才，汇聚优秀团队，研发核心技术，推广产业应用，整合优势资源，搭建交流平台等工作。重庆自主品牌汽车协同创新中心瞄准“节能环保、安全可靠、智能舒适”的国际汽车三大发展趋势，凝练学科发展方向，汇聚创新资源和汽车及相关领域的优势学科群，建立了全面涵盖汽车行业研究领域的创新团队。　　为了满足汽车领域人才培养的多学科交叉性、行业化、工程化和国际化需求，重庆自主品牌汽车协同创新中心委托中心特别顾问、福特汽车亚太区技术总监韩维建博士作为本套“汽车工程专业系列丛书”的主编，组织多位具有多年国际知名汽车公司研发工作经验的专家和国内一线汽车领域的专家组成编写团队，立足汽车行业现有先进技术，紧跟国际前沿，把握创新特点，遴选汽车领域最新技术成果及发展方向，编写本套丛书。本套丛书的出版将为中国汽车领域高层次人才培养提供支撑。　　书籍是知识传播的介质，也是人才培养及创新意识传承的基础。正如重庆大学建校宣言“人类之文野，国家之理乱，悉以人才为其主要之因”所阐释的，本套丛书秉承重庆自主品牌汽车协同创新中心人才培养方针，主要面向高校汽车相关学科的本科及研究生教学，同时也可为汽车行业工程人员提供参考。相信本套丛书会对我国汽车领域学科及行业产生积极良好的推动作用。　　重庆自主品牌汽车协同创新中心　　自　　序　　我国的汽车产业发展迅速，已经成为国民经济的支柱产业之一。随着家庭平均汽车保有量的迅速增长，汽车给整个社会带来的能源、环境、交通和安全的压力日益加大。尽管汽车在轻量化、电动化、排放控制技术和安全技术方面已经有了长足的进步，尤其是近几年互联网和通信技术在汽车的独立驾驶和智能化方向提供了极大的发展和创新的空间，但诸多的发展也给汽车产业带来无限的挑战和机遇。因此，行业的快速变化亟需培养一大批不仅懂专业技术，更熟悉跨界知识的创新型人才。　　重庆大学汽车协同创新中心认识到人才培养的迫切需求，组织我们为新成立的汽车学院编写一套教材。参与这套教材编写的所有作者都身在汽车行业的科研和技术开发的第一线，其中大部分作者是近年海归的年轻博士。教材的选题经过专家在传统学科和新兴学科中反复论证和研讨，遴选了汽车行业面临紧迫挑战性的技术和话题。第一批教材有八本，包括《汽车材料及轻量化趋势》《汽车设计的耐久性分析》《汽车动力总成现代技术》《汽车安全的仿真与优化设计》《汽车尾气排放处理技术》《汽车系统控制及其智能化》《中国汽车二氧化碳减排路径》和《汽车制造系统和质量控制》。　　这套教材的一个共同特点就是与国际发展同步、内容新颖。编著者对于比较传统的学科，在编写过程中尽可能地把最新的技术和理念包括进去，比如在编写《汽车材料及轻量化趋势》的过程中，不仅介绍了各种轻量化材料的特点和动向，而且强调了轻量化材料的应用必须系统地考虑材料的性能、部件的加工方法和成本。有些选题针对汽车行业发展的新的技术动向，比如《汽车安全的仿真与优化设计》主要介绍汽车安全仿真的模型验证和优化，这是汽车产品开发采用电子认证的必经之路；而《汽车系统控制及其智能化》概括了汽车的主要系统及其控制，以及智能化技术在各个系统中的应用，这些都是汽车自动驾驶的基础。　　这套教材的另一个突出的特点是实用。比如一般汽车设计要求非磨损件的寿命是24万千米。《汽车设计的耐久性分析》着重介绍了汽车行业用于耐久性分析的主要工具和方法，以及这些方法的理论基础。这是进行汽车整车和零部件寿命耐久性正向设计的基础。随着环境保护的法规日益严格，汽车排放控制技术也在不断发展提高。汽车动力技术已经形成从化石燃料到其他燃料的多元化发展，《汽车尾气排放处理技术》和《中国汽车二氧化碳减排路径》介绍了排放控制技术的进程和法规实施的协调，以及达到法规要求的不同技术路线。汽车质量一直是热门话题，也是一个汽车企业长期生存的关键问题之一。《汽车制造系统和质量控制》介绍了现代汽车制造系统与质量控制的基本概念和实践。　　本套丛书不仅对汽车专业的学生大有裨益，也可以作为汽车从业人员和所有对汽车技术感兴趣者的参考读物。由于时间有限，选题的范围还不全面。每本书的内容也会反映出作者的知识和经验的局限性。在此，真诚地希望广大读者提出意见，供我们不断修改和完善。　　2016年8月5日

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