●第1章汽車工業發展呼喚汽車輕量化1
1.1汽車工業發展概況1
1.2節能減排是汽車工業發展的必然趨勢5
1.3汽車輕量化意義重大6
1.4世界各國十分重視節能減排和輕量化12
1.5世界各國汽車輕量化的研發現狀和進展15
1.5.1美國輕量化研究現狀和研發方向17
1.5.2加拿大輕量化研究現狀和研發方向20
1.5.3日本輕量化研究現狀和研發方向21
1.5.4德國輕量化研究現狀和研發方向21
1.6輕量化必須保證汽車的安全性和可靠性22
1.7發展新能源汽車23
1.8輕量化的LCA評估和優化設計26
1.9商用車輕量化29
1.10倡導主機廠和汽車零部件廠的生態平衡關繫29
參考文獻30
第2章汽車輕量化的表征參量和評價方法32
2.1概述32
2.2乘用車白車身設計、功能、意義和內涵32
2.3乘用車整車輕量化效果的評估方法35
2.4乘用車輕量化評價參量的比較47
2.5商用車輕量化的表征參量48
參考文獻49
第3章汽車輕量化工程的實施51
3.1概述51
3.2車身的優化設計52
3.2.分析的優化設計方法53
3.2.2汽車輕量化優化設計和安全54
3.2.3多學科多目標優化技術在汽車輕量化設計中的應用57
3.2.4車身及主要結構件的拓撲優化技術59
3.3合理的選材62
3.3.1幾種材料特性的比較62
3.3.2幾種輕量化材料全壽命周期的評價64
3.3.3主要輕量化材料的環保性分析69
3.3.4主要輕量化材料的回收性分析70
3.4優選的成形技術71
3.5輕量化的技術路線71
參考文獻78
第4章材料性能和零件功能的關繫80
4.1概述80
4.2材料性能定義和範疇的拓寬80
4.3材料性能和零件功能的關繫、異同及表征81
4.3.1不同零件的功能和材料性能的對應關繫82
4.3.2工藝因素對零件功能和材料性能的對應關繫的影響82
4.3.3服役過程中的材料性能和零件功能的變化94
4.4材料研發必須重視應用研究95
4.5材料性能和零件功能關繫的理念的應用96
參考文獻99
第5章材料高應變速率下的響應特性102
5.1概述102
5.1.1應對第三次工業革命，汽車工業將向電動化、智能化、輕量化方向發展102
5.1.2現代汽車設計理念中的輕量化102
5.1.3發展輕量化技術已成為世界各國共識104
5.1.4現代汽車安全理念中的輕量化105
5.1.5虛擬開發是新車開發的重要手段105
5.2汽車踫撞和工業實踐需要材料在高應變速率下的響應特性106
5.2.1動態載荷和應變速率106
5.2.2高應變速率下材料力學性能的測試技術107
5.2.3高速拉伸的試樣的形狀和尺寸109
5.2.4高速拉伸時信號振動的基本原理及測量技術前沿110
5.2.5高速拉伸的數據處理112
5.2.6高速拉伸數據的本構方程115
5.3影響高速拉伸試驗數據可靠性和分散性的因素123
5.4幾類典型材料高速拉伸的響應特性124
5.4.1高強度鋼和第一代優選高強度鋼124
5.4.2防彈鋼的高速拉伸性能129
5.4.3第二代優選高強度鋼——高錳TWIP鋼134
5.4.4Q&P鋼和Q&PT鋼137
5.5鋁合金在高應變速率下的響應特性141
5.6鎂合金在高應變速率下的響應特性147
參考文獻152
第6章汽車用優選高強度鋼的氫致延遲斷裂158
6.1概述158
6.2可擴散氫與殘餘應力159
6.2.1可擴散氫159
6.2.2殘餘應力161
6.3氫致延遲斷裂的微觀機理163
6.3.1不涉及塑性變形的延遲斷裂機理164
6.3.2與塑性變形相關的延遲斷裂機理164
6.4氫致延遲斷裂性能的表征方法165
6.4.1恆載荷拉伸試驗165
6.4.2慢速率拉伸試驗166
6.4.3斷裂韌性試驗167
6.4.4彎曲與衝杯試驗168
6.5優選高強度鋼的氫致延遲斷裂分析169
6.5.1熱衝壓鋼170
6.5.2含TWIP效應的鋼171
6.5.3含TRIP效應的鋼172
參考文獻173
第7章乘用車結構的輕量化設計179
7.1概述179
7.2對乘用車的性能要求179
7.3乘用車白車身的性能要求181
7.3.1白車身剛度181
7.3.2白車身的安全性188
7.3.3白車身的固有頻率和NVH性能191
7.3.4白車身使用壽命和回收196
7.4乘用車結構CAE分析204
7.4.1CAE分析的重要意義205
7.4.2CAE分析的方法206
7.4.3CAE分析的各種軟件207
7.5乘用車結構輕量化的優化設計209
7.5.1結構拓撲優化設計209
7.5.2結構尺寸優化設計211
7.5.3結構形狀優化設計212
7.5.4白車身結構載荷傳遞路徑分析和抗撞性設計213
7.6結構靈敏度分析方法214
7.6.1概述214
7.6.2靜態靈敏度分析理論215
7.6.3結構動態靈敏度分析218
7.6.4綜合選取設計變量220
7.7基於性能目標很優的優化設計方法221
7.7.1概述221
7.7.2單目標優化設計221
7.7.3多目標協同優化設計223
7.8白車身輕量化多目標優化設計舉例227
參考文獻228
第8章商用車結構的輕量化設計231
8.1商用車的工作模式和承載特性分析231
8.1.1底盤車架232
8.1.2駕駛室232
8.1.3行走機構232
8.1.4動力總成繫統232
8.1.5懸架繫統233
8.1.6車輪233
8.2商用車駕駛室輕量化設計233
8.2.1駕駛室參數化建模234
8.2.2駕駛室彎扭剛度分析234
8.2.3駕駛室低階模態分析236
8.2.4基於被動安全性的駕駛室輕量化優化設計237
8.2.5商用車駕駛室其他輕量化方法242
8.3商用車車架結構輕量化設計248
8.3.1車架結建模250
8.3.2車自由模態分析251
8.3.3車架彎曲和扭轉剛度的計算252
8.3.4車架結構強度分析255
8.3.5車架結構輕量化設計257
8.3.6車架疲勞壽命分析與輕量化261
8.4驅動橋橋殼輕量化設計265
8.4.1概述265
8.4.2橋殼結建模266
8.4.3橋殼結構強度和剛度分析269
8.4.4橋殼結構輕量化設計272
參考文獻276
第9章汽車輕量化和優選高強度鋼的應用279
9.1概述279
9.2汽車鋼板的分類281
9.3汽車鋼板的典型顯微組織285
9.4汽車高強度鋼和優選高強度鋼的研究進展293
9.5高強度鋼的材料選用和設計哲學309
9.5.1應用高強度鋼時的重要性能310
9.5.2設計哲學313
9.6高強度鋼的應用和相關問題317
9.6.1成形性318
9.6.2加工硬化特性323
9.6.3回彈324
9.6.4疲勞性能338
9.6.5應變歷史對雙相鋼疲勞性能的影響347
9.6.6點焊性能350
9.6.7工藝性能354
9.6.8烘烤硬化356
9.6.9壓潰吸能356
參考文獻357
第10章汽車輕量化和鋁合金的應用362
10.1概述362
10.2鋁合金的特點和優點364
10.3汽車鋁合金的應用形式366
10.3.1鑄造鋁合金366
10.3.2精密鑄造鋁合金368
10.3.3半固態鑄造成形373
10.3.4鍛造鋁合金379
10.3.5擠壓鋁合金380
10.3.6變形鋁合金板材382
10.4各類型鋁合金在汽車中的典型應用383
10.4.1鑄造鋁合金的應用383
10.4.2鍛造鋁合金的應用391
10.4.3擠壓鋁合金的應用393
10.4.4軋制鋁合金板材395
10.5鋁合金在汽車典型零部件和白車身上的集成應用397
10.5.1鋁合金副車架397
10.5.2鋁合金在汽車懸架上的應用399
10.5.3鋁合金在新能源車上的應用401
10.5.4鋁合金在典型整車上的應用403
10.5.5其他新型鋁合金在汽車上的典型應用405
10.6汽車用高性能、高成形變形鋁合金板材的研究進展410
10.6.1對汽車變形鋁合金板材的力學性能要求410
10.6.2成形性419
10.6.3預處理（T4P）和抗時效穩定性436
10.6.4烘烤硬化性441
10.6.5抗凹性442
10.6.65000繫鋁合金鎂含量和應力腐蝕開裂444
10.6.7油漆的光鮮性——表面狀態、羅平線和橘皮445
10.6.8油漆兼容性456
10.6.9鋁合金應用時的焊接技術457
參考文獻460
第11章汽車輕量化和高分子基復合材料的應用464
11.1概述464
11.2高分子基復合材料的定義和分類464
11.2.1高分子基復合材料的定義464
11.2.2高分子基復合材料的分類465
11.3纖維增強樹脂基復合材料465
11.4增強纖維466
11.4.1玻璃纖維466
11.4.2碳纖維467
11.4.3芳綸纖維468
11.5樹脂基體469
11.5.1熱固性樹脂基體469
11.5.2熱塑性樹脂基體470
11.6復合材料的界面470
11.6.1界面剪切力的提出471
11.6.2界面剪切力的測定方法471
11.7熱固性樹脂基復合材料的制造工藝與方法472
11.7.1手糊成形工藝472
11.7.2噴射成形工藝474
11.7.3樹脂傳遞模塑（RTM）成形475
11.7.4袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法成形476
11.7.5夾層結構成形工藝476
11.7.6模壓成形工藝477
11.7.7卷管成形工藝479
11.7.8纏繞成形工藝479
11.7.9拉擠成形工藝480
11.8熱塑性樹脂基復合材料的制造工藝與方法480
11.8.1擠出成形工藝481
11.8.2注塑成形工藝482
11.8.3連續纖維增強熱塑性復合材料成形工藝483
11.8.4樹脂注入成形工藝484
11.8.5GMT片材模壓工藝484
11.9復合材料的強度理論485
11.9.1連續纖維增強高分子基復合材料的強度485
11.9.2不連續纖維增強高分子基復合材料的強度486
11.9.3長纖維和短纖維增強高分子基復合材料的混合強度487
11.10樹脂基復合材料在汽車輕量化中的應用487
11.10.1汽車用復合材料的特點487
11.10.2復合材料在汽車上的應用489
11.10.3復合材料在新能源汽車上的典型應用508
參考文獻512
第12章汽車輕量化和鎂合金的發展應用514
12.1概述514
12.2鎂合金的特點和優勢515
12.3鎂合金應用的類型515
12.3.1汽車用鑄造鎂合金515
12.3.2汽車用變形鎂合金516
12.4汽車用新型鎂合金的研究現狀和進展516
12.4.1高強高韌鎂合金516
12.4.2耐熱鎂合金518
12.4.3高耐蝕性鎂合金521
12.4.4高性能變形鎂合金522
12.4.5阻燃鎂合金522
12.4.6半固態成形鎂合金524
12.4.7鎂基復合材料524
12.5鎂合金在汽車輕量化中的典型應用527
12.5.1鎂合金方向盤骨架528
12.5.2鎂合金儀表盤支架528
12.5.3鎂合金輪轂529
12.5.4鎂合金座椅骨架530
12.5.5鎂合金自動變速器殼體530
12.6擴大鎂合金應用的問題和方法530
12.6.1積極推進鎂合金的基礎研究530
12.6.2建立重量的產品開發和設計平臺531
12.6.3加快推進鎂合金牌號和產品標準化532
12.6.4積極開展汽車全壽命周期評價的研究532
12.6.5大力推進汽車板EVI服務模式533
12.6.6積極組建產學研用協同創新體533
參考文獻535
第13章汽車輕量化和熱衝壓成形技術541
13.1概述541
13.2熱衝壓成形材料的開發543
13.3熱衝壓成形板的鍍層549
13.4熱衝壓成形鋼的高溫流變特性、FLD和摩擦繫數的測定551
13.5加熱工藝555
13.6成形和冷卻557
13.7熱衝壓成形時的計算機模擬558
13.7.1衝壓成形和冷卻過程中的模擬559
13.7.2熱傳導模擬560
13.7.3材料的流變模型和本構方程564
13.7.4馬氏體相變模型567
13.7.5成形極限圖和摩擦繫數568
13.8不同組織狀態下的22MnB5鋼的本構方程573
13.9熱衝壓成形零件熱-力耦合仿真的實際應用575
13.9.1工藝參數對熱衝壓成形前防撞梁的影響575
13.9.2熱衝壓成形零件開模變形的仿真581
13.10熱衝壓成形的模具設計594
13.11熱成形零件的性能檢測599
13.11.1準靜態力學性能和高速拉伸性能599
13.11.2熱衝壓成形鋼板的尖冷彎601
13.11.3熱衝壓成形質量的檢測和構件功能的檢測603
13.12熱衝壓成形零件的後續加工604
13.13熱衝壓成形的熱點606
參考文獻615
第14章汽車輕量化和其他優選成形技術622
14.1液壓成形622
14.1.1概述622
14.1.2板料的液壓成形原理和方法622
14.1.3板料液壓成形的形式623
14.1.4板料液壓成形的應用625
14.2內高壓成形627
14.2.1內高壓成形的原理和方法627
14.2.2內高壓成形的裝備630
14.2.3內高壓成形的模具設計634
14.2.4內高壓成形的用材和性能要求639
14.2.5內高壓成形零件的檢測和評價642
14.2.6內高壓成形的典型應用643
14.3輥壓成形644
14.3.1輥壓成形工藝概述644
14.3.2高強鋼輥壓成形材料特性645
14.3.3高強鋼輥壓成形工藝設計及裝備646
14.3.4高強鋼輥壓成形零件的檢測與評價649
14.3.5高強鋼輥壓成形件在汽車輕量化的應用651
14.3.6輥壓成形前沿技術652
14.4激光拼焊板衝壓成形技術654
14.4.1概述654
14.4.2激光拼焊的原理和方法654
14.4.3激光拼焊焊縫組織和性能655
14.4.4影響激光拼焊板質量的因素656
14.4.5激光拼焊板在汽車工業中的應用658
14.4.6激光拼焊板衝壓成形基本原理658
14.4.7激光拼焊板衝壓成形優勢659
14.4.8激光拼焊板衝壓成形性及其模具設計制造關鍵技術660
14.4.9激光拼焊板衝壓件可制造性分析663
14.4.10激光拼焊板零件優化設計665
14.4.11激光拼焊板衝壓件在車身中的典型應用667
14.5汽車用變厚板（VRB）670
14.5.1概述670
14.5.2變厚板軋制技術基本原理671
14.5.3變厚板應用關鍵技術674
14.5.4變厚板的檢測評價677
14.5.5變厚度鋼板在汽車行業的典型應用679
參考文獻681

汽車的輕量化,就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備重量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。
本書對汽車輕量化及其國內外的進展進行了全面繫統的論述,書中不僅論述了輕量化的基礎,包括輕量化的重要意義,輕量化的表征參量、評價方法、材料性能和汽車零件功能之間的關繫,計算機模擬和材料在高應變速率下的響應特性;還為汽車輕量化指明了實施路徑和方法:輕量化的優化設計,合理選材和采用優選的成形技術。全書不僅理論和實際應用相結合,而且經典的基礎知識和新近研究進展為一體,這些都將為促進我國汽車輕量化的發展提供有益的參考。
本書可供從事汽車生產、設計、研發的技術人員閱讀,也可供相關專業的師生參考。