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內容簡介

　　作為提高汽車燃油經濟性的手段之一，輕量化並不是新鮮的技術名詞。從20世紀70年代以來，汽車輕量化已經有瞭長足的發展。近幾年，世界各地燃油經濟性不斷嚴峻的趨勢，使汽車公司和零部件供應商進一步大力開展汽車輕量化研究，各種新材料、新技術層齣不窮。應該注意的是，汽車輕量化不隻是單純的減重，必須同時考慮性能、工藝、成本等因素。單一材料很難同時滿足各種汽車零部件的不同要求。因此，汽車輕量化的發展趨勢是多種材料的混閤使用。為瞭確保在恰當的部位使用閤適的材料，工程人員有必要瞭解各種輕量化材料、加工工藝、相關的連接技術，以及優化技術。

作者簡介

　　韓維建博士，現任美國福特汽車公司亞太區研究與先進工程主管。自從1995年加入福特以來，在中國、泰國、印度、菲律賓和越南等國傢，他組織和領導瞭眾多的研究和技術項目，代錶福特汽車公司參與由世界銀行、亞洲發展銀行資助的“亞洲清潔空氣行動”。他在交通可持續發展係統分析、汽車輕量化、環境、能源、道路交通安全、政策製定、以及産學研結閤等諸多領域都具有豐富的經驗和研究成果。韓博士自2011年以來擔任國際汽車工程師協會工程會議理事會成員。韓維建博士在俄剋拉菏馬州的塔爾薩大學獲得機械工程博士學位（1997）和工程管理碩士學位（1990），他在四川大學獲得金屬材料工程的學士學位（1983）。他目前是上海交通大學的兼職博士導師，並在清華大學和重慶大學聯閤指導博士生。韓維建博士在2001年4月獲太平洋地區經濟理事會環境銀奬，2002年9月獲雲南省國際閤作類科技進步奬，2011年南京航天航空大學校長國際閤作奬，2013年福特中國大使奬。韓博士在能源經濟、生命周期分析、汽車排放控製技術和可替代能源技術等領域，發錶和發布國際性論文、演講、講座等逾80篇次。

目錄

叢書總序自序推薦序前言第1章　緒論11.1　汽車材料的發展曆程11.2　汽車輕量化的驅動力及影響因素51.2.1　石油危機和油價51.2.2　燃油經濟性法規71.3　汽車輕量化趨勢101.3.1　輕量化材料101.3.2　汽車輕量化係統工程12參考文獻14第2章　先進高強鋼在汽車上的應用172.1　概述172.2　先進高強鋼的發展202.3　發展先進高強鋼的驅動力252.3.1　成本262.3.2　安全262.3.3　溫室氣體排放272.3.4　力學性能272.4　先進高強鋼292.4.1　雙相鋼322.4.2　復相鋼402.4.3　TRIP鋼442.4.4　馬氏體鋼502.4.5　TWIP鋼552.4.6　奧氏體不銹鋼622.5　先進高強鋼的應用662.5.1　先進加工工藝662.5.2　先進高強鋼麵臨的挑戰742.6　發展趨勢792.6.1　第三代先進高強鋼792.6.2　組織設計802.6.3　新工藝83參考文獻88第3章　鋁閤金在汽車中的應用923.1　引言與概況923.2　鋁閤金的命名係統973.3　鋁閤金在汽車中的應用情況1013.3.1　按照應用部位分類1013.3.2　按照加工類型分類1043.4　鋁閤金應用後的輕量化效果1083.5　鋁閤金在汽車應用中的前景展望111參考文獻112第4章　鎂閤金在汽車中的應用1154.1　引言1154.1.1　鎂閤金概述1154.1.2　鎂閤金對汽車輕量化的意義1184.2　鎂閤金在汽車工業中的應用1184.2.1　應用曆史1184.2.2　應用介紹1204.3　鎂閤金在汽車應用上的局限性1244.4　汽車用鎂閤金的發展趨勢126參考文獻127第5章　塑料1315.1　車用塑料材料發展概述1315.1.1　塑料材料的製備1325.1.2　塑料的分類1345.1.3　塑料的特性及應用1435.1.4　塑料成型工藝1535.2　塑料材料在汽車輕量化上應用的典型案例1565.2.1　材料研究1565.2.2　結構設計1585.2.3　製造可行性分析1615.3　汽車用塑料發展趨勢164參考文獻166第6章　復閤材料1706.1　復閤材料在汽車中的應用1706.1.1　復閤材料的種類及特點1706.1.2　復閤材料在汽車中應用的曆史和現狀1736.2　汽車用復閤材料的主要種類1756.2.1　熱固性樹脂基復閤材料1756.2.2　熱塑性樹脂基復閤材料1836.2.3　金屬基復閤材料1886.2.4　其他復閤材料1946.3　汽車用復閤材料麵臨的挑戰及未來的發展方嚮1976.3.1　汽車用復閤材料麵臨的挑戰1976.3.2　汽車用復閤材料未來的發展方嚮203參考文獻204第7章　現代車身連接技術2067.1　概述2067.2　熔化焊接2077.2.1　電阻點焊2077.2.2　激光焊接2127.2.3　氣體保護焊2167.3　固相連接2187.4　機械連接2217.4.1　自穿刺鉚接2217.4.2　無鉚釘鉚接2237.4.3　自攻螺紋連接2267.5　結構膠粘接2287.6　金屬/非金屬材料連接方法簡介2307.7　小結233參考文獻235第8章　輕量化優化設計技術2378.1　概述2378.1.1　優化設計技術2378.1.2　輕量化優化設計分類2388.2　結構拓撲優化2388.2.1　結構優化分類2388.2.2　結構拓撲優化原理2398.2.3　輕量化拓撲優化應用案例2418.3　汽車用材優化2438.3.1　汽車用材背景2438.3.2　汽車用材趨勢2448.3.3　汽車用材與性能間的關係2458.4　工藝設計優化2498.4.1　輕量化工藝設計概述2498.4.2　典型輕量化工藝2508.4.3　輕量化工藝優化應用案例2548.5　小結261參考文獻261

前言/序言

　　前　　言　　作為提高汽車燃油經濟性的手段之一，輕量化並不是新鮮的技術名詞。從20世紀70年代以來，汽車輕量化已經有瞭長足的發展。為瞭滿足各國政府的安全法規、排放法規以及消費者對於個性化和舒適性的要求，各種零部件、子係統被逐步安裝到汽車上。這導緻在過去40年，汽車平均質量實際上在緩慢上升。近幾年世界各地燃油經濟性法規不斷加嚴的趨勢，使汽車公司和零部件供應商進一步大力開展汽車輕量化研究，各種新材料、新技術層齣不窮。應該注意的是，汽車輕量化不隻是單純的減重，必須同時考慮性能、工藝、成本等因素。單一材料很難同時滿足各種汽車零部件的不同要求。因此，汽車輕量化的發展趨勢是多種材料的混閤使用。為瞭確保在恰當的部位使用最閤適的材料，工程人員有必要瞭解各種輕量化材料、加工工藝、相關的連接技術以及優化技術。　　基於新穎、實用、係統的理念，本書第1章迴顧瞭汽車用材料的組成與演變，以及汽車輕量化發展趨勢，強調要係統地研發和推進輕量化。第2～6章覆蓋瞭常用輕量化材料在汽車中的應用，包括高強鋼、鋁閤金、鎂閤金、塑料和復閤材料。由於這些材料必須連接在一起，因此各種連接技術是保證汽車結構整體性的關鍵。第7章介紹瞭多種用於汽車輕量化設計的連接技術。第8章討論瞭優化設計技術在汽車輕量化中的應用。　　參與本書編寫的是一個比較“新”的博士團隊，這一團隊在汽車材料和輕量化方麵纍積瞭豐富的經驗。 除瞭韓維建、張瑞傑、鄭江以外，參加編寫的還有黃詩堯、馬鞦、包祖國、石燕棟和石磊。每個人都盡力把自己對輕量化的理解和經驗反映在本書的內容裏麵。將汽車輕量化的一些基礎知識介紹給高校相關專業的學生和從事汽車輕量化工作的工程師，以及所有對汽車輕量化感興趣的人。由於時間倉促和作者們的閱曆局限，本書的不足之處在所難免，歡迎讀者提齣批評和修改意見。　　韓維建叢 書 總 序作為《中國製造2025》戰略部署的主要支點之一，汽車業持續、快速、健康的發展將為實現中國製造業強國目標奠定堅實的基礎。麵對中國汽車産業大而不強的現狀，自主品牌汽車産業的發展壯大時不我待。重慶自主品牌汽車協同創新中心，依托國傢“2011計劃”，立足於重慶地區汽車産業的資源和優勢，以我國自主品牌汽車發展重大需求為牽引，以體製機製創新為手段，探索我國汽車自主品牌的發展模式。中心麵嚮國內自主品牌汽車産業，重點開展培養高端人纔，匯聚優秀團隊，研發核心技術，推廣産業應用，整閤優勢資源，搭建交流平颱等工作。重慶自主品牌汽車協同創新中心瞄準“節能環保、安全可靠、智能舒適”的國際汽車三大發展趨勢，凝練學科發展方嚮，匯聚創新資源和汽車及相關領域的優勢學科群，建立瞭全麵涵蓋汽車行業研究領域的創新團隊。　　為瞭滿足汽車領域人纔培養的多學科交叉性、行業化、工程化和國際化需求，重慶自主品牌汽車協同創新中心委托中心特彆顧問、福特汽車亞太區技術總監韓維建博士作為本套“汽車工程專業係列叢書”的主編，組織多位具有多年國際知名汽車公司研發工作經驗的專傢和國內一綫汽車領域的專傢組成編寫團隊，立足汽車行業現有先進技術，緊跟國際前沿，把握創新特點，遴選汽車領域最新技術成果及發展方嚮，編寫本套叢書。本套叢書的齣版將為中國汽車領域高層次人纔培養提供支撐。　　書籍是知識傳播的介質，也是人纔培養及創新意識傳承的基礎。正如重慶大學建校宣言“人類之文野，國傢之理亂，悉以人纔為其主要之因”所闡釋的，本套叢書秉承重慶自主品牌汽車協同創新中心人纔培養方針，主要麵嚮高校汽車相關學科的本科及研究生教學，同時也可為汽車行業工程人員提供參考。相信本套叢書會對我國汽車領域學科及行業産生積極良好的推動作用。　　重慶自主品牌汽車協同創新中心　　自　　序　　我國的汽車産業發展迅速，已經成為國民經濟的支柱産業之一。隨著傢庭平均汽車保有量的迅速增長，汽車給整個社會帶來的能源、環境、交通和安全的壓力日益加大。盡管汽車在輕量化、電動化、排放控製技術和安全技術方麵已經有瞭長足的進步，尤其是近幾年互聯網和通信技術在汽車的獨立駕駛和智能化方嚮提供瞭極大的發展和創新的空間，但諸多的發展也給汽車産業帶來無限的挑戰和機遇。因此，行業的快速變化亟需培養一大批不僅懂專業技術，更熟悉跨界知識的創新型人纔。　　重慶大學汽車協同創新中心認識到人纔培養的迫切需求，組織我們為新成立的汽車學院編寫一套教材。參與這套教材編寫的所有作者都身在汽車行業的科研和技術開發的第一綫，其中大部分作者是近年海歸的年輕博士。教材的選題經過專傢在傳統學科和新興學科中反復論證和研討，遴選瞭汽車行業麵臨緊迫挑戰性的技術和話題。第一批教材有八本，包括《汽車材料及輕量化趨勢》《汽車設計的耐久性分析》《汽車動力總成現代技術》《汽車安全的仿真與優化設計》《汽車尾氣排放處理技術》《汽車係統控製及其智能化》《中國汽車二氧化碳減排路徑》和《汽車製造係統和質量控製》。　　這套教材的一個共同特點就是與國際發展同步、內容新穎。編著者對於比較傳統的學科，在編寫過程中盡可能地把最新的技術和理念包括進去，比如在編寫《汽車材料及輕量化趨勢》的過程中，不僅介紹瞭各種輕量化材料的特點和動嚮，而且強調瞭輕量化材料的應用必須係統地考慮材料的性能、部件的加工方法和成本。有些選題針對汽車行業發展的新的技術動嚮，比如《汽車安全的仿真與優化設計》主要介紹汽車安全仿真的模型驗證和優化，這是汽車産品開發采用電子認證的必經之路；而《汽車係統控製及其智能化》概括瞭汽車的主要係統及其控製，以及智能化技術在各個係統中的應用，這些都是汽車自動駕駛的基礎。　　這套教材的另一個突齣的特點是實用。比如一般汽車設計要求非磨損件的壽命是24萬韆米。《汽車設計的耐久性分析》著重介紹瞭汽車行業用於耐久性分析的主要工具和方法，以及這些方法的理論基礎。這是進行汽車整車和零部件壽命耐久性正嚮設計的基礎。隨著環境保護的法規日益嚴格，汽車排放控製技術也在不斷發展提高。汽車動力技術已經形成從化石燃料到其他燃料的多元化發展，《汽車尾氣排放處理技術》和《中國汽車二氧化碳減排路徑》介紹瞭排放控製技術的進程和法規實施的協調，以及達到法規要求的不同技術路綫。汽車質量一直是熱門話題，也是一個汽車企業長期生存的關鍵問題之一。《汽車製造係統和質量控製》介紹瞭現代汽車製造係統與質量控製的基本概念和實踐。　　本套叢書不僅對汽車專業的學生大有裨益，也可以作為汽車從業人員和所有對汽車技術感興趣者的參考讀物。由於時間有限，選題的範圍還不全麵。每本書的內容也會反映齣作者的知識和經驗的局限性。在此，真誠地希望廣大讀者提齣意見，供我們不斷修改和完善。　　2016年8月5日

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