汽車車輪輕量化技術(shù)：理論與應用

第1章  車輪輕量化技術(shù)發(fā)展
1.1　汽車輕量化    002
1.1.1　乘用車輕量化    003
1.1.2　商用車輕量化    004
1.2　車輪輕量化與整車性能的關(guān)系    004
1.2.1　底盤輕量化對整車性能的影響    004
1.2.2　車輪輕量化對整車性能的影響    006
1.3　汽車車輪的分類及特征    007
1.4　汽車車輪及其輕量化發(fā)展歷程    008
1.4.1　汽車車輪發(fā)展歷史    008
1.4.2　中國車輪輕量化的發(fā)展及行業(yè)推動    009
1.5　汽車輕量化車輪的最新進展    010
1.5.1　鋁合金車輪    010
1.5.2　高強度鋼車輪    011
1.5.3　鎂合金車輪    013
1.5.4　復合材料車輪    013
1.6　我國車輪企業(yè)的輕量化技術(shù)狀況    014
本章小結(jié)    016
參考文獻    016

第2章  輕量化車輪的共性評價及測試技術(shù)
2.1　車輪彎曲疲勞試驗要求及測試評價    018
2.1.1　乘用車車輪彎曲疲勞試驗要求及試驗方法    019
2.1.2　商用車車輪彎曲疲勞試驗要求及試驗方法    020
2.2　車輪徑向疲勞試驗要求及測試評價    021
2.2.1　乘用車車輪徑向疲勞試驗要求及試驗方法    022
2.2.2　商用車車輪徑向疲勞試驗要求及試驗方法    023
2.3　車輪沖擊性能要求及測試評價    023
2.3.1　乘用車輕合金車輪13°沖擊試驗    024
2.3.2　乘用車輕合金車輪90°沖擊試驗    025
2.3.3　商用車輕合金車輪30°沖擊試驗    028
2.4　車輪雙軸疲勞試驗及測試評價    029
2.4.1　車輪雙軸疲勞試驗機    030
2.4.2　乘用車車輪雙軸疲勞試驗及測試評價    031
2.4.3　商用車車輪雙軸疲勞試驗及測試評價    033
2.5　車輪剛度測試及評價方法    038
2.5.1　車輪靜態(tài)彎曲剛度試驗方法    038
2.5.2　商用車15°深槽鋼制車輪靜態(tài)剛度試驗方法    041
2.6　車輪其他要求及測試評價    042
2.6.1　汽車車輪螺母座強度試驗    043
2.6.2　汽車車輪固有頻率試驗方法    044
2.7　車輪測試方法展望    046
本章小結(jié)    047
參考文獻    048

第3章  輕量化車輪的共性設(shè)計及分析技術(shù)
3.1　車輪結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析    050
3.1.1　車輪模態(tài)的試驗測試    050
3.1.2　車輪模態(tài)的仿真    054
3.2　不同載荷工況下車輪性能仿真的共性問題    055
3.2.1　車輪材料的非線性    055
3.2.2　螺栓預緊力的計算    056
3.2.3　車輪應力狀態(tài)的分析    057
3.2.4　車輪疲勞壽命預測方法    058
3.3　車輪彎曲載荷的施加方式    061
3.4　徑向載荷作用下車輪結(jié)構(gòu)強度仿真分析    062
3.4.1　余弦函數(shù)模型    063
3.4.2　彈性圓環(huán)模型    063
3.4.3　胎-輪間載荷分布的測試與分析    065
3.4.4　簡化的均質(zhì)輪胎模型    069
3.4.5　復合結(jié)構(gòu)輪胎模型    069
3.4.6　車輪在徑向載荷作用下的強度仿真模型    071
3.5　沖擊載荷工況下車輪強度分析    072
3.5.1　乘用車車輪在13°沖擊載荷下的強度分析    073
3.5.2　乘用車車輪在90°沖擊載荷下的強度分析    075
3.6　雙軸載荷工況下車輪強度分析    077
3.6.1　采用內(nèi)轉(zhuǎn)鼓的商用車車輪雙軸疲勞試驗仿真方法    078
3.6.2　采用外轉(zhuǎn)鼓的乘用車車輪雙軸疲勞試驗仿真方法    080
3.7　車輪結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化設(shè)計    082
3.7.1　車輪結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的特點    083
3.7.2　連續(xù)體多目標拓撲優(yōu)化理論    083
3.7.3　車輪結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的實例    085
3.8　車輪結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計    088
3.8.1　車輪參數(shù)優(yōu)化的特點    089
3.8.2　車輪參數(shù)優(yōu)化的常用方法及基本流程    090
3.8.3　車輪參數(shù)優(yōu)化實例    092
本章小結(jié)    094
參考文獻    094

第4章  輕量化鑄造鋁合金車輪
4.1　鑄造鋁合金車輪常用材料及其技術(shù)要求    099
4.1.1　A356鑄造鋁合金    099
4.1.2　鑄造鋁合金熔煉工藝及鋁液質(zhì)量控制    108
4.1.3　鑄造鋁合金前景與展望    108
4.2　鑄造鋁合金車輪成型工藝    109
4.2.1　低壓鑄造工藝    110
4.2.2　鑄造鋁合金車輪模具設(shè)計    112
4.2.3　鑄造鋁合金車輪的常見缺陷及其應對措施    120
4.2.4　鑄造仿真在鋁合金車輪工藝與模具開發(fā)中的應用    121
4.3　鑄造鋁合金車輪熱處理    125
4.3.1　熱處理中組織演變機理    125
4.3.2　熱處理工藝    127
4.3.3　熱處理質(zhì)量檢查及常見缺陷的控制    128
4.4　鑄造輕量化鋁合金車輪典型案例    130
4.4.1　輕量化車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計    130
4.4.2　輕量化車輪工藝開發(fā)    131
4.4.3　臺架試驗及仿真驗證    133
本章小結(jié)    135
參考文獻    135

第5章  輕量化鍛造鋁合金車輪
5.1　鍛造鋁合金車輪的材料、組織及性能    138
5.1.1　原材料生產(chǎn)工藝、組織及性能    138
5.1.2　鍛造鋁合金車輪的組織與性能    142
5.1.3　鍛造鋁合金車輪疲勞性能    145
5.2　鍛造鋁合金車輪制造工藝    148
5.2.1　鍛造鋁合金車輪的生產(chǎn)工藝流程    148
5.2.2　鍛造鋁合金車輪生產(chǎn)準備    148
5.2.3　鍛造鋁合金車輪成型工藝    150
5.2.4　鍛造鋁合金車輪熱處理工藝    150
5.2.5　鍛造鋁合金車輪的質(zhì)量檢驗    154
5.3　鍛造鋁合金車輪輕量化技術(shù)    155
5.3.1　鍛造鋁合金車輪的材料輕量化    155
5.3.2　鍛造鋁合金車輪的制造輕量化    156
5.3.3　鍛造鋁合金車輪的結(jié)構(gòu)輕量化    157
5.3.4　鍛造鋁合金車輪的表面強化技術(shù)    158
5.4　案例分析    160
5.4.1　商用車鍛造鋁合金車輪輕量化的典型案例    160
5.4.2　乘用車鍛造鋁合金車輪輕量化的典型案例    162
本章小結(jié)    165
參考文獻    166

第6章  輕量化鋼制車輪
6.1　高強度車輪鋼的開發(fā)及性能    168
6.1.1　車輪鋼的分類    169
6.1.2　高強度輪輻專用鋼    170
6.1.3　高強度輪輞專用鋼    171
6.2　鋼制車輪的輪輻成形工藝及其仿真    171
6.2.1　輪輻成形工藝    172
6.2.2　乘用車輪輻沖壓工藝仿真    174
6.2.3　商用車輪輻旋壓工藝仿真    178
6.3　鋼制車輪的輪輞成形工藝及其仿真    180
6.3.1　輪輞成形工藝    180
6.3.2　輪輞關(guān)鍵成形工藝的仿真    182
6.4　輕量化鋼制車輪的焊接工藝    188
6.4.1　高強鋼輪輞閃光對焊接頭的組織結(jié)構(gòu)特點    188
6.4.2　閃光對焊工藝參數(shù)對接頭質(zhì)量的影響    191
6.4.3　提高高強鋼焊接接頭質(zhì)量的措施    195
6.4.4　輪輞與輪輻的合成焊接    198
6.4.5　輪輞與輪輻合成焊接的仿真及驗證    200
6.5　商用車鋼制輕量化車輪案例    205
6.5.1　某款商用車鋼制輕量化車輪    205
6.5.2　某款非公路用商用車鋼制輕量化車輪    210
6.6　乘用車鋼制輕量化車輪案例    215
6.6.1　大通風孔鋼制車輪的研發(fā)背景及目標    215
6.6.2　輪輻的材料組分    216
6.6.3　大通風孔鋼制車輪的結(jié)構(gòu)選型及性能預測    217
6.6.4　大通風孔鋼制車輪的工藝及試制    218
6.6.5　大通風孔鋼制車輪的臺架試驗及路試情況    222
本章小結(jié)    224
參考文獻    224

第7章  熱沖壓成形超高強鋼輕量化車輪
7.1　熱沖壓成形車輪用鋼的開發(fā)和性能要求    227
7.1.1　高淬透性、高抗氧化性的熱成形用鋼    228
7.1.2　鈮微合金化高強韌性細晶粒熱成形鋼    228
7.1.3　鈮-釩復合高氫脆抗力熱成形鋼    229
7.1.4　超高強微合金化熱成形鋼    232
7.1.5　微合金高強韌性中錳熱成形鋼    236
7.1.6　1500MPa級熱軋態(tài)熱成形車輪鋼    236
7.2　熱成形鋼的組織細化與強韌性匹配    239
7.3　熱成形鋼的疲勞    242
7.3.1　不同狀態(tài)下22MnB5熱成形鋼的疲勞特性    242
7.3.2　損傷容限和顯微組織對疲勞抗力的影響    243
7.4　抗氫脆熱成形車輪專用鋼的開發(fā)    246
7.4.1　鋼中氫的來源、擴散和氫引起的斷裂    246
7.4.2　氫脆機理及提高超高強度鋼延遲抗力的方法    248
7.5　超高強度鋼熱成形輕量化車輪優(yōu)化設(shè)計案例    252
7.5.1　超高強鋼熱成形車輪的受力分析和優(yōu)化設(shè)計    252
7.5.2　熱成形輕量化車輪的剛度分析和優(yōu)化設(shè)計    257
7.6　熱成形輕量化車輪的制造工藝    259
7.6.1　車輪的熱成形工藝    259
7.6.2　熱沖壓成形車輪的連接工藝    260
7.7　熱沖壓成形輕量化鋼制車輪典型案例    261
7.7.1　熱沖壓成形輕量化鋼制車輪    261
7.7.2　熱沖壓成形輕量化鋼制車輪道路驗證    263
本章小結(jié)    264
參考文獻    264

第8章  輕量化鎂合金車輪
8.1　輕量化鎂合金車輪概述    270
8.2　輕量化鎂合金車輪用材料的開發(fā)    270
8.3　輕量化鎂合金車輪的制造工藝    273
8.4　輕量化鎂合金車輪的防護處理及評價    275
8.4.1　鎂及鎂合金腐蝕原理    275
8.4.2　鎂合金車輪的防護措施    276
8.5　輕量化鎂合金車輪的安全生產(chǎn)與防護    278
8.5.1　鎂及鎂合金發(fā)生燃燒的化學反應機理    278
8.5.2　鎂合金車輪安全生產(chǎn)要求    278
本章小結(jié)    279
參考文獻    279

第9章  新興輕量化車輪
9.1　連續(xù)碳纖維增強熱固性復合材料車輪    282
9.1.1　連續(xù)碳纖維增強熱固性復合材料車輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化    284
9.1.2　連續(xù)碳纖維增強熱固性復合材料車輪的制造工藝    284
9.1.3　連續(xù)碳纖維增強熱固性復合材料車輪的發(fā)展趨勢    286
9.2　長纖維增強熱塑性復合材料車輪    286
9.2.1　長纖維增強熱塑性復合材料的相本構(gòu)模型反演    287
9.2.2　長纖維增強熱塑性復合材料車輪性能聯(lián)合仿真方法    289
9.2.3　長纖維增強熱塑性復合材料車輪的試制及測試結(jié)果    293
9.2.4　長纖維增強熱塑性復合材料車輪的研發(fā)展望    294
9.3　機械連接鎂/鋁合金組裝式輕量化車輪    296
9.3.1　輪輻結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計    296
9.3.2　組裝式車輪多目標優(yōu)化設(shè)計    298
9.3.3　膠栓復合連接鎂/鋁合金組裝式車輪疲勞性能分析    304
9.3.4　壓鉚連接鎂/鋁合金組裝式車輪疲勞和沖擊性能分析    308
本章小結(jié)    314
參考文獻    315

第10章  車輪及其行業(yè)展望
10.1　國家戰(zhàn)略及汽車行業(yè)發(fā)展趨勢對車輪及其產(chǎn)業(yè)的影響    319
10.1.1　“雙碳”目標對車輪及其行業(yè)的影響    319
10.1.2　新能源汽車的需求對車輪及其行業(yè)的影響    320
10.1.3　安全及智能化對車輪及其行業(yè)的影響    322
10.1.4　國際化對車輪及其行業(yè)的影響    323
10.2　汽車車輪未來發(fā)展及應用路線圖    323
本章小結(jié)    326
參考文獻    327