有色金属材料轻量化设计

普通高等教育“十四五”规划教材

本书共分三篇，内容包括：轻量化材料、轻量化设计理论基础和轻量化设计实例。主要介绍了材料选择的准则和铝、镁、钛等合金；轻量化设计的目标、设计方法和原则；有限元法计算轻量材料力学、热学、电磁学等性能的实例；零维、一维、二维、三维显微结构增强复合材料的数值建模策略，及有限元法计算复合材料界面及力学、热学等性能的实例。

第1篇 轻量化设计——材料
1 材料选择的准则

1.1 性能参数

1.2 线弹性特征值

1.3 非线弹性特征值

1.4 载荷性能

1.5 相关材料性能

1.6 品质指数

1.7 轻量化指数

1.8 材料选择的要点

2 铝合金

2.1 铝合金的热处理及时效强化

2.2 变形铝合金

2.3 铸造铝合金

3 镁合金

3.1 概述

3.2 镁合金的合金化

3.3 变形镁合金的组织性能

3.4 铸造镁合金的组织和性能

3.5 镁合金的热处理

3.6 镁合金的应用

4 钛合金

4.1 钛合金的合金化原理

4.2 α钛合金

4.3 α+β钛合金

4.4 β钛合金

4.5 钛及钛合金的发展与应用

第2篇 轻量化设计

5 轻量化的目标

6 轻量化的结构问题

6.1 降低自重

6.2 成本模型

6.3 设计的边界条件与使用条件

7 轻量化的方法和辅助工具

7.1 设计技术

7.2 计算方法

7.3 测试技术

7.4 试验技术

8 轻量化设计原则

8.1 结构特征

8.2 设计原则

第3篇 轻量化设计——有限元方法（FEM）

9 轻量材料力学设计实例

9.1 阀门执行器静应力分析

9.2 疲劳——奥迪车轮辋疲劳分析

9.3 机舱底座模态分析

9.4 H型钢柱抗震分析

10 复合材料热学设计实例

10.1 热分析——齿轮热处理模拟仿真

10.2 热/力耦合——转炉炉壳热应力场模拟仿真

11 铝电解槽电/磁耦合场分析

11.1 模型建立

11.2 电磁场计算结果分析

11.3 本章小结

12 复合材料显微结构轻量化设计实例

12.1 零维及多孔绝热材料——多孔材料等效导热系数的数值模拟

12.2 一维材料增强复合材料——纳米Al2O3增强铝基复合材料力学性能

12.3 二维材料增强复合材料——梯度复合材料数值建模及磨损行为热力耦合有限元模拟

12.4 三维材料增强复合材料——有限元分析Al2O3(3D)/Al构效关系