汽车轻量化导论

第1 章　汽车工业发展呼唤汽车轻量化 1

　1.1　汽车工业发展概况 1

　1.2　节能减排是汽车工业发展的必然趋势 5

　1.3　汽车轻量化意义重大 6

　1.4　世界各国十分重视节能减排和轻量化 12

　1.5　世界各国汽车轻量化的研发现状和进展 15

　　1.5.1　美国轻量化研究现状和研发方向 17

　　1.5.2　加拿大轻量化研究现状和研发方向 20

　　1.5.3　日本轻量化研究现状和研发方向 21

　　1.5.4　德国轻量化研究现状和研发方向 21

　1.6　轻量化必须保证汽车的安全性和可靠性 22

　1.7　发展新能源汽车 23

　1.8　轻量化的LCA 评估和优化设计 26

　1.9　商用车轻量化 29

　1.10　倡导主机厂和汽车零部件厂的生态平衡关系 29

　参考文献 30



第2 章　汽车轻量化的表征参量和评价方法 32

　2.1　概述 32

　2.2　乘用车白车身设计、功能、意义和内涵 32

　2.3　乘用车整车轻量化效果的评估方法 35

　2.4　乘用车轻量化评价参量的比较 47

　2.5　商用车轻量化的表征参量 48

　参考文献 49



第3 章　汽车轻量化工程的实施 51

　3.1　概述 51

　3.2　车身的优化设计 52

　　3.2.1　有限元分析的优化设计方法 53

　　3.2.2　汽车轻量化优化设计和安全 54

　　3.2.3　多学科多目标优化技术在汽车轻量化设计中的应用 57

　　3.2.4　车身及主要结构件的拓扑优化技术 59

　3.3　合理的选材 62

　　3.3.1　几种材料特性的比较 62

　　3.3.2　几种轻量化材料全寿命周期的评价 64

　　3.3.3　主要轻量化材料的环保性分析 69

　　3.3.4　主要轻量化材料的回收性分析 70

　3.4　先进的成形技术 71

　3.5　轻量化的技术路线 71

　参考文献 78



第4 章　材料性能和零件功能的关系 80

　4.1　概述 80

　4.2　材料性能定义和范畴的拓宽 80

　4.3　材料性能和零件功能的关系、异同及表征 81

　　4.3.1　不同零件的功能和材料性能的对应关系 82

　　4.3.2　工艺因素对零件功能和材料性能的对应关系的影响 82

　　4.3.3　服役过程中的材料性能和零件功能的变化 94

　4.4　材料研发必须重视应用研究 95

　4.5　材料性能和零件功能关系的理念的应用 96

　参考文献 99



第5 章　材料高应变速率下的响应特性 102

　5.1　概述 102

　　5.1.1　应对第三次工业革命，汽车工业将向电动化、智能化、轻量化方向发展 102

　　5.1.2　现代汽车设计理念中的轻量化 102

　　5.1.3　发展轻量化技术已成为世界各国共识 104

　　5.1.4　现代汽车安全理念中的轻量化 105

　　5.1.5　虚拟开发是新车开发的重要手段 105

　5.2　汽车碰撞和工业实践需要材料在高应变速率下的响应特性 106

　　5.2.1　动态载荷和应变速率 106

　　5.2.2　高应变速率下材料力学性能的测试技术 107

　　5.2.3　高速拉伸的试样的形状和尺寸 109

　　5.2.4　高速拉伸时信号振动的基本原理及测量技术前沿 110

　　5.2.5　高速拉伸的数据处理 112

　　5.2.6　高速拉伸数据的本构方程 115

　5.3　影响高速拉伸试验数据可靠性和分散性的因素 123

　5.4　几类典型材料高速拉伸的响应特性 124

　　5.4.1　高强度钢和**代先进高强度钢 124

　　5.4.2　防弹钢的高速拉伸性能 129

　　5.4.3　第二代先进高强度钢——高锰TWIP 钢 134

　　5.4.4　Q&P 钢和Q&PT 钢 137

　5.5　铝合金在高应变速率下的响应特性 141

　5.6　镁合金在高应变速率下的响应特性 147

　参考文献 152



第6 章　汽车用先进高强度钢的氢致延迟断裂 158

　6.1　概述 158

　6.2　可扩散氢与残余应力 159

　　6.2.1　可扩散氢 159

　　6.2.2　残余应力 161

　6.3　氢致延迟断裂的微观机理 163

　　6.3.1　不涉及塑性变形的延迟断裂机理 164

　　6.3.2　与塑性变形相关的延迟断裂机理 164

　6.4　氢致延迟断裂性能的表征方法 165

　　6.4.1　恒载荷拉伸试验 165

　　6.4.2　慢速率拉伸试验 166

　　6.4.3　断裂韧性试验 167

　　6.4.4　弯曲与冲杯试验 168

　6.5　先进高强度钢的氢致延迟断裂分析 169

　　6.5.1　热冲压钢 170

　　6.5.2　含TWIP 效应的钢 171

　　6.5.3　含TRIP 效应的钢 172

　参考文献 173



第7 章　乘用车结构的轻量化设计 179

　7.1　概述 179



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