適讀人群 ：汽車行業(yè)設(shè)計工程師及材料行業(yè)工程師 1. 本書著重介紹微結(jié)構(gòu)材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計及輕量化應(yīng)用方面的關(guān)鍵技術(shù)。
2. 最基本微結(jié)構(gòu)與材料的融合，提供全新的車輛輕量化終極解決方案。
3. 本書組織了全球數(shù)位汽車行業(yè)專家，歷時三年半，共六輪編撰合作完成。
4. 本書適合汽車企業(yè)設(shè)計工程師及材料工程師閱讀使用。
【名人推薦】
本書由全球多位知名專家凝練新技術(shù)，探討未來車輛的最基本微結(jié)構(gòu)與材料的融合，提供全新的車輛輕量化終極解決方案，推動車輛向更輕、更安全和高性能方向發(fā)展，實現(xiàn)車輛產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的時代愿景。
—— 李駿︳中國工程院院士、中國汽車工程學(xué)會理事長
介于材料科學(xué)和結(jié)構(gòu)技術(shù)之間，微結(jié)構(gòu)材料儼然已成為新興學(xué)科和新的研究領(lǐng)域。在肉眼可見的尺度上，它可構(gòu)建新的輕量化和功能化材料；在大規(guī)模工業(yè)化上，它具有更廣闊的應(yīng)用前景。本書的著者們率先帶領(lǐng)讀者進(jìn)入這一廣闊且豐富多彩的領(lǐng)域，相信會為車輛輕量化設(shè)計開辟新的天地！
——馬正東︳美國密歇根大學(xué)教授、國際知名微結(jié)構(gòu)材料專家
世界萬物在不斷進(jìn)化中，巧奪天工地形成了各種輕巧健壯的微結(jié)構(gòu)。大道至簡，對于重構(gòu)智能車輛“身軀與靈魂”的當(dāng)下，微結(jié)構(gòu)材料必將為車輛和智能座艙的輕量化設(shè)計提供更多靈感。
——董學(xué)鋒︳ 國汽（北京）汽車輕量化技術(shù)研究院總經(jīng)理
輕量化終極解決方案——微結(jié)構(gòu)材料，這是大自然給我們的啟迪，捧著這本由全球多個學(xué)者精心編撰的書稿詳讀，與微結(jié)構(gòu)材料的神秘結(jié)構(gòu)和未來無限可能的拓展進(jìn)行一場酣暢淋漓的時空穿越：書開時，對輕量化方案的疑惑和對未來車輛技術(shù)發(fā)展的暢想統(tǒng)統(tǒng)浮現(xiàn)；書閉后，個個不解皆柳暗花明。本書旨在成為一個指引，助力其在車輛部件設(shè)計與開發(fā)等輕量化共性關(guān)鍵技術(shù)的提升，并為推動其在智能制造領(lǐng)域的深入應(yīng)用注入新活力。
微結(jié)構(gòu)材料作為一種新型結(jié)構(gòu)材料，兼顧部件輕量化與高性能的需求，倘若恰當(dāng)?shù)剡\用于車輛部件中，車輛輕量化和綠色化技術(shù)會如虎添翼。故而本書將從自然界動物和植物的微觀結(jié)構(gòu)角度切入，闡述其得天獨厚的幾何特性、吸能特性及其多樣化的表現(xiàn)形式，同時從研究學(xué)者的視角解讀增材制造技術(shù)的潛力及其與微結(jié)構(gòu)材料巧妙融合的天馬行空無限想象的創(chuàng)意能力。除了一種“恍然大悟”的分享驅(qū)動，出版本書還源于一種使命感。我曾經(jīng)從業(yè)于歐美汽車行業(yè)多年，深知精細(xì)的工匠精神是如何滲入到基因中的一種難以替代的競爭力，也深知國際智能制造發(fā)展將從基本微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一種嘆為觀止的原創(chuàng)力。近幾年，我們團(tuán)隊在先進(jìn)車輛輕量化技術(shù)方面做了豐富的研究，并與密歇根大學(xué)和吉林大學(xué)等合作，致力于微結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在車輛輕量化上的研究與應(yīng)用，并在微結(jié)構(gòu)、材料和性能一體化優(yōu)化設(shè)計方法方面取得重大進(jìn)展。同時，先進(jìn)增材制造技術(shù)可打印各種復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，包括一體化結(jié)構(gòu)、仿生學(xué)設(shè)計、異形結(jié)構(gòu)、點陣結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)、梯度合金結(jié)構(gòu)、超材料/結(jié)構(gòu)等。
在新一輪科技革命背景下，為踐行“資源利用集約化、 生產(chǎn)過程低碳化”的生態(tài)理念， 輕量化和綠色化一直是技術(shù)發(fā)展的主線，已成為世界各國制造業(yè)的 “逐鹿點”，也是實現(xiàn)中國制造業(yè)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。而車輛、高鐵、建筑和航空航天等我國急需發(fā)展的諸多重點領(lǐng)域在輕量化基礎(chǔ)前沿和共性關(guān)鍵技術(shù)方面，仍需借鑒國際先進(jìn)的輕量化設(shè)計理念。若要在輕量化技術(shù)領(lǐng)域取得新突破，一定要重視基礎(chǔ)研究，可謂任重而道遠(yuǎn)。
本書為工程技術(shù)人員和科研工作者提供必要的輕量化和綠色化技術(shù)第一手必備知識，全書共分為11章，第1章引入了微結(jié)構(gòu)材料構(gòu)型及其研究現(xiàn)狀，第2、3章分別從仿生角度生動闡述了多種天然微結(jié)構(gòu)材料，第4、5章詳細(xì)描述了其結(jié)構(gòu)特性與變形機(jī)理等，第6章概括了五種制備方法，第7、8章站在吸能減振的角度闡述了其在車輛安全及NVH領(lǐng)域的應(yīng)用前景，第9章介紹了毫米級無序、有序通孔微結(jié)構(gòu)材料及納米級微孔隔熱材料在熱/質(zhì)傳遞領(lǐng)域的應(yīng)用，第10章從力學(xué)特性角度敘述了其在非充氣輪胎的應(yīng)用潛力，第11章聚焦于先進(jìn)增材制造技術(shù)。最后，提出智能生態(tài)出行是未來智慧城市的重要紐帶和主動脈，將深刻影響全球未來出行的新格局。
本書組織了全球數(shù)位汽車行業(yè)專家，歷時三年半，共六輪編撰合作完成。馬芳武教授（SAE Fellow）擔(dān)任全書的主編著和總校對工作；馬正東教授（美國密歇根大學(xué)）對于本書的核心章節(jié)給予了高屋建瓴的指導(dǎo)；丁祎教授（美國加利福尼亞州，北汽研究院）在本書寫作過程中給予了許多實質(zhì)性指導(dǎo)，并參與了整書終稿的校對；趙穎博士（西南大學(xué)）擔(dān)任全書的主編寫和總校對工作。本書第1、2、6章由梁鴻宇(吉林大學(xué))寫作；第3、11章由王國旺（東風(fēng)日產(chǎn)乘用車公司）寫作；第4、5、10章和全書展望由趙穎博士（西南大學(xué)）寫作，其中第4章441節(jié)由閆曉磊教授（福建工程學(xué)院）寫作；第7章由楊猛博士(中國重型汽車集團(tuán)有限公司)寫作；第8章由陳書明教授（吉林大學(xué)）寫作；第9章由沈淳副教授（吉林大學(xué)）寫作。在此，對以上辛苦參與本書編撰的全體人員表示衷心的感謝！
相信本書將以與眾不同的視角帶給車輛輕量化界一個“驚喜”。希望此書能成為行業(yè)的必讀案前書，協(xié)助開拓微結(jié)構(gòu)材料與增材制造技術(shù)更多值得驚嘆的奇跡！最后，特別鳴謝機(jī)械工業(yè)出版社在本書寫作與出版過程中給予的支持與幫助。
序
第1章微結(jié)構(gòu)材料概述…1
1.1引言…1
1.2微結(jié)構(gòu)材料概念…2
1.3微結(jié)構(gòu)材料構(gòu)型…3
1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀…4
1.5微結(jié)構(gòu)材料助力汽車輕量化…7
1.6小結(jié)…9
參考文獻(xiàn)…9
第2章天然微結(jié)構(gòu)材料——動物啟發(fā)…11
2.1引言…11
2.2高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)——人體骨骼…11
2.3振動緩沖結(jié)構(gòu)——啄木鳥頭骨…12
2.4抗彎曲結(jié)構(gòu)——鳥類羽軸…13
2.5高剛度結(jié)構(gòu)——蜻蜓翅膀…15
2.6低黏附結(jié)構(gòu)——蚊子復(fù)眼…18
2.7光學(xué)結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)色…19
2.8強(qiáng)黏附結(jié)構(gòu)——壁虎腳…20
2.9高強(qiáng)近似規(guī)則結(jié)構(gòu)——珊瑚…22
2.10負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)——貝殼…23
2.11小結(jié)…24
參考文獻(xiàn)…24
第3章天然微結(jié)構(gòu)材料——植物啟發(fā)…26
3.1引言…26
3.2蜂窩多孔結(jié)構(gòu)——木材…26
3.3多孔微結(jié)構(gòu)特例——軟木…28
3.4中空薄壁結(jié)構(gòu)——竹子…31
3.5紋路散布結(jié)構(gòu)——樹葉…34
3.6孔隙多變結(jié)構(gòu)——硅藻…36
3.7維管密布結(jié)構(gòu)——海綿絲瓜絡(luò)…38
3.8小結(jié)…40
參考文獻(xiàn)…40
第4章微結(jié)構(gòu)材料特性…42
4.1引言…42
4.2微結(jié)構(gòu)材料力學(xué)特性…42
4.2.1相對密度…42
4.2.2泊松比…45
4.2.3彈性模量…49
4.2.4硬度…50
4.3微結(jié)構(gòu)材料變形機(jī)理及分類…51
4.3.1內(nèi)凹多邊形微結(jié)構(gòu)…51
4.3.2手性微結(jié)構(gòu)…52
4.3.3旋轉(zhuǎn)微結(jié)構(gòu)…54
4.3.4褶皺微結(jié)構(gòu)…56
4.3.5穿孔板微結(jié)構(gòu)…57
4.3.6聯(lián)鎖多邊形微結(jié)構(gòu)…59
4.3.7其他類型微結(jié)構(gòu)…59
4.3.8載荷位移曲線…59
4.4微結(jié)構(gòu)材料均質(zhì)化理論…62
4.4.1基于數(shù)學(xué)原理的均質(zhì)化理論…62
4.4.2基于力學(xué)原理的均質(zhì)化理論…69
4.5小結(jié)…73
參考文獻(xiàn)…74
目錄●●●●●●●●●●微結(jié)構(gòu)材料——車輛輕量化的終極解決方案
第5章人工微結(jié)構(gòu)材料…78
5.1引言…78
5.2多孔固體…78
5.3多孔金屬…81
5.4多孔陶瓷…84
5.5微結(jié)構(gòu)聲子晶體…84
5.6夾層結(jié)構(gòu)…88
5.6.1泡沫夾層結(jié)構(gòu)…89
5.6.2木芯夾層結(jié)構(gòu)…90
5.6.3蜂窩夾層結(jié)構(gòu)…91
5.6.4桁架夾層結(jié)構(gòu)…94
5.7人工微結(jié)構(gòu)特例…96
5.8未來超輕智能微結(jié)構(gòu)材料…98
5.9小結(jié)…100
參考文獻(xiàn)…100
第6章微結(jié)構(gòu)材料制備方法…102
6.1引言…102
6.2多孔金屬制備…102
6.3多孔陶瓷制備…109
6.4泡沫塑料制備…111
6.5夾芯結(jié)構(gòu)制備…113
6.6多胞材料制備…115
6.7小結(jié)…118
參考文獻(xiàn)…118
第7章微結(jié)構(gòu)材料在汽車安全中的應(yīng)用…120
7.1引言…120
7.2汽車安全…120
7.2.1主動安全和被動安全…120
7.2.2行人保護(hù)…121
7.3負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)材料能量吸收特性研究…122
7.3.1面內(nèi)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線…122
7.3.2碰撞能量吸收機(jī)理…123
7.4NPR微結(jié)構(gòu)碳纖維發(fā)動機(jī)艙蓋行人保護(hù)研究…127
7.4.1NPR微結(jié)構(gòu)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型構(gòu)建…128
7.4.2HIC值估算與剛度分析…129
7.5多孔微結(jié)構(gòu)材料填充碰撞安全件研究…133
7.6NPR微結(jié)構(gòu)材料未來應(yīng)用設(shè)計…135
7.7小結(jié)…139
參考文獻(xiàn)…139
第8章微結(jié)構(gòu)材料在NVH領(lǐng)域中的應(yīng)用…141
8.1微結(jié)構(gòu)材料吸聲與隔聲原理…141
8.1.1吸聲原理…141
8.1.2隔聲原理…142
8.2微結(jié)構(gòu)吸聲材料…143
8.2.1多孔性吸聲材料…144
8.2.2共振吸聲材料…148
8.2.3其他吸聲微結(jié)構(gòu)材料…149
8.3微結(jié)構(gòu)隔聲材料…153
8.3.1紡織品隔聲材料…153
8.3.2樹脂基體復(fù)合隔聲材料…154
8.3.3木質(zhì)隔聲材料…154
8.3.4聚氨酯材料…155
8.3.5泡沫鋁材料…156
8.3.6蜂窩隔聲材料…156
8.3.7微結(jié)構(gòu)隔聲材料的應(yīng)用…157
8.4微結(jié)構(gòu)材料聲學(xué)測試…158
8.4.1微結(jié)構(gòu)吸聲測試…158
8.4.2微結(jié)構(gòu)隔聲測試…160
8.5微結(jié)構(gòu)減振材料…161
8.5.1概述…162
8.5.2減振微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計…162
8.5.3微結(jié)構(gòu)減振材料分類與應(yīng)用…164
8.6微結(jié)構(gòu)材料在NVH中的應(yīng)用…167
8.6.1泡沫材料在NVH中的應(yīng)用…167
8.6.2纖維材料在NVH中的應(yīng)用…171
8.6.3新型微結(jié)構(gòu)材料在NVH中的應(yīng)用…173
8.7小結(jié)…174
參考文獻(xiàn)…174
第9章微結(jié)構(gòu)材料在熱/質(zhì)傳遞領(lǐng)域中的應(yīng)用…179
9.1微結(jié)構(gòu)材料熱/質(zhì)傳遞特性概述…179
9.2毫米級無序通孔微結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)化熱/質(zhì)傳遞應(yīng)用…179
9.2.1換熱器…180
9.2.2熱沉…180
9.2.3熱管…182
9.2.4太陽能吸熱芯…185
9.2.5燃燒室冷卻…186
9.2.6燃燒室穩(wěn)定燃燒和減排…186
9.2.7內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)…188
9.2.8燃料電池…189
9.2.9動力蓄電池相變換熱…190
9.3毫米級有序通孔微結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)化熱/質(zhì)傳遞應(yīng)用…195
9.3.1強(qiáng)化傳熱…195
9.3.2強(qiáng)化傳質(zhì)…197
9.4納米級微孔隔熱材料（納米孔氣凝膠）…199
9.5小結(jié)…200
參考文獻(xiàn)…201
第10章微結(jié)構(gòu)材料在非充氣輪胎中的應(yīng)用…204
10.1引言…204
10.2充氣輪胎力學(xué)特性…204
10.3充氣輪胎故障及簡要分析…208
10.3.1爆胎現(xiàn)象…208
10.3.2磨損現(xiàn)象…208
10.3.3運轉(zhuǎn)不平順…208
10.4非充氣輪胎…209
10.4.1結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點…209
10.4.2設(shè)計特點…214
10.4.3發(fā)展趨勢…217
10.5非充氣輪胎力學(xué)特性…219
10.5.1垂向力學(xué)特性研究…219
10.5.2縱向力學(xué)特性研究…220
10.5.3側(cè)向力學(xué)特性研究…221
10.5.4接地特性研究…221
10.5.5振動特性研究…221
10.5.6力學(xué)特性影響因素研究…221
10.6小結(jié)…222
參考文獻(xiàn)…222
第11章先進(jìn)增材制造技術(shù)助力微結(jié)構(gòu)材料…225
11.1引言…225
11.2快速成型制造技術(shù)…225
11.33D打印技術(shù)簡介及分類…228
11.43D打印技術(shù)+制造業(yè)…230
11.53D打印用材…233
11.63D打印微結(jié)構(gòu)材料輕量化…239
11.73D打印技術(shù)未來前景…240
11.8小結(jié)…242
參考文獻(xiàn)…243
展望——智能駕駛?cè)诤陷p量化技術(shù)…244
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