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轻量化技术译丛

 《轻量化设计》中文第二版译自德文版第十版,由中国机械工业出版社于2016年10月份出版发行。

 

轻量化设计》

 - 计算基础与构件结构(中文第二版)

作者:B. 克莱恩,译者:陈力禾

第十版前言 

现代化的轻量化是开发和制造有竞争力的电动汽车以及经济高效加工装备的前提。轻量化不仅需要具备创新性思维,更需要拥有广泛的基础知识。本书的读者应当对轻量化感兴趣,并愿意了解设计手段背后所隐含的理论知识。本书的最新版本对以往的内容进行了拓展,重新修改了某些章节,并且对练习部分加以补充。希望本书能有助于工程专业的学生与在职场中的实践者,他们也是本书的目标读者。以往的经验一再证明了,“没有理论指导的实践”其效果是有限的。

 

轻量化是自然界万物生长最重要的法则之一。在自然界中,轻量化的本质是:“以最少的消耗,取得最大的功效”。

在科学与工程领域中,轻量化则是一门既传统又常新的学科。按照本书的定义:“轻量化是一门跨多学科的工程科学,由材料力学、计算技术、材料学和制造技术等领域的知识基础构成。轻量化的目标是在给定的边界条件下,实现结构自重的最小化,同时满足一定的寿命和可靠性要求。” 进入现代社会,对于轻量化的要求则是不仅工艺上可实现、成本上可承受,而且还要发展上可持续。

如今,轻量化的主要应用领域是交通运输工业。电动车是轻量化的直接受益者。轻量化构造可以降低电动车的重量,提高电动车的行驶里程。对于传统燃油驱动的汽车来说,轻量化带来的好处也是显而易见的,例如通过减重可以降低二氧化碳的排放。对于德国的汽车工业来说,轻量化的潜力将会在后续两代车型中得到展示。在中期,轻量化在汽车工业中将会有根本性突破。新的轻量化概念会大幅提高产品的效率。此外,无论是对于铁路航海,还是航空航天,轻量化都会使交通工具的燃油效率更高、耗材更少,因此也会更好地保护环境。预计到2020年,轻量化在德国交通工业领域的市场总值将超过1400亿欧元。

在机械装备制造领域,研发的重点虽然并不在于减重,而是如何在运动构件的刚性与性能(如强度或灵活性)之间加以取舍,但是针对这一矛盾,轻量化却是最好的解决方法之一。例如,轻量化组件则可以实现机械装备更快的加工速度、更高的精度和更长的寿命;而轻量化机器人的动作更快更敏捷、精度更高。通过轻量化,机械装备还可以采用更小更经济的驱动系统,从而提升产品的市场竞争力。预计到2020年,轻量化在德国电子工业和机械制造业领域的市场总值会达到400亿欧元。另外,仅仅在机械制造领域,德国工业每年通过轻量化措施减少的二氧化碳排放量就相当于德国一个大型城市一年的二氧化碳排放总量。

现代化的轻量化已经不仅是材料替代那么简单。根据德国巴登符腾堡州轻量化事业局的最新研究表明:轻量化未来的关键是多材料设计,即混合轻量化与概念轻量化。新的轻量化方法从一开始就要融入产品的开发和生产方案设计中。在这一阶段,最终产品70-80%的重量就已经确定下来了。要做到这一点,仅通过采用轻量化材料是无法实现的。未来,轻量化转化的重点在于概念轻量化与整个产业链的数字化,即轻量化与工业4.0的无缝结合。轻量化是如此重要,业已上升为德国的国家战略。根据最新公开的德国执政党联合行动合约表明,轻量化、工业4.0与电动出行一起成为德国国家的三大重点创新战略。

从理论上说,对于任何一种材料、产品和工艺方法,在遵循轻量化原则的前提下,都会不断地挖掘出其轻量化潜力,从而使其展现出新的生命力,这对于传统的制造业尤其具有极大的吸引力。而对于从事轻量化的工程技术人员来说,要做到这一点,则需要在具有扎实的理论基础与技术功底的同时,还要不断地学习吸收各种新的技术和知识并能创造性地加以应用。

轻量化材料、轻量化设计与轻量化制造是轻量化学科的三大要素。其中,占据核心地位的是轻量化设计。原德国卡塞尔大学机械工程系轻量化设计专业克莱恩教授撰写的德文版《轻量化设计-计算基础与构件构造》从1988年的第一版到2013年的第十版历经十五年,已成为德国高校轻量化设计与技术专业的经典教材。机械工业出版社于2010年出版的《轻量化设计》(中文第一版)译自克莱恩教授原著德文第八版,而本次出版的《轻量化设计》(中文第二版)则译自克莱恩教授退休之前修订撰写的第十版也是最后一版德文原著。本书的出版也是对原作者最好的致意。

登高望远,学海无涯。谨以此与读者诸君共勉。

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会议日期:2019-11-13——2019-11-14
会议地点:山东邹平
主办单位:山东省邹平市人民政府,德国巴登符腾堡州轻量化局

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