車輛工程與材料學兩學科有結合的科研熱點有哪些? | 知乎問答精選

 

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車輛工程與材料學兩學科有結合的科研熱點有哪些?

2018年06月09日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 19 ℃ 次

【光臨的回答(30票)】:

更新了發動機部分。 @neverset 在評論裡清楚地提到了現狀和十二五規劃,這個討論也放上。

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謝邀。知乎是個好平台,不敢胡言亂語。放下手裡正在做的電子測試,知乎首答。

汽車幾乎涉及所有材料,其中金屬對車輛的影響最大,這裡默認題主指的是金屬類材料。

先上結論,三個字:輕量化

車子輕了,油耗下降、排放下降、電動車續航里程增加,爽飛了。

下面從車身、傳動系、發動機三個方面,大體說說。

圖片均來自梅賽德斯奔馳,如侵刪。

  • 1.車身

上圖中,綠色部分是鋁合金。注意左邊中部的小字,可以發現:上圖中,綠色部分是鋁合金。注意左邊中部的小字,可以發現:要在滿足駕駛操作剛度、良好的噪聲和振動特性、高度的碰撞安全的前提下,減輕車重。

增加鋁合金的比重,是減輕車重的共識。

從基礎材料來說,方向有:如何配置鋁合金中各金屬的比例、使用什麼樣的熱處理工藝、實現什麼樣的金相,來使合金更強、更輕。這個研究投入巨大、前途不明,一旦成功,對國內工業都是巨大的促進。

從製造工藝來說,鋁的焊接、成形,與鋼材的工藝大有不同。這個研究難度低一點,已經有成熟的產品了。

全鋁車身。全鋁車身。

奇跡金屬:鋁。奇跡金屬:鋁。

金屬時尚。金屬時尚。

藝術。藝術。

上圖中,奔馳寫出了為什麼要絞盡腦汁、錙銖必較地減重。上圖中,奔馳寫出了為什麼要絞盡腦汁、錙銖必較地減重。

  • 2.傳動系

上圖為雙離合變速器。

齒輪幾乎涉及任何工業行業。單從材料方面來說,使用什麼樣的合金成分、熱處理工藝、滲碳滲氮等待,來保證足夠的疲勞強度、齒面硬度、加工精度,防止發生齒根斷裂、齒面膠合等材料失效現象,都是需要解決的問題。

解決這些問題之後,才是問題的開始:如何減重。

有興趣的知友可以查查,在國內出售的所有車型中,有哪些用的是國產變速器。

遍地是差距,遍地是研究熱點。

  • 發動機

發動機有三高:高溫、高壓、高速,工作條件十分惡劣。

奔馳的V8發動機,應用了新的氣缸關閉系統。平時用四個缸,省錢;需要動力了用八個缸,有勁兒。真是機智。

缸內溫度有多高呢?下面的突破大家感受下。這還只是排氣管的狀態。

下圖大致表示出氣缸裡的壓力變化。在點火後的瞬時,壓力急劇上升,大概十幾個大氣壓吧。

發動機轉速指的是曲軸轉速,曲軸轉一圈,活塞往復一次。如果發動機轉速為4000r/min,那麼在一分鐘之內,每個活塞在氣缸裡往復4000次。

耐高溫容易,耐高壓容易,那摩擦也容易。放在一起就不容易了。

單從材料方面講,需要材料鑄造性能好、強度高、高溫高壓下形變小、耐摩擦。還要輕。

除此之外,發動機還包括配氣系統、供油系統、潤滑系統、冷卻系統和點火系統,加上電控單元,還有燃燒室形狀、火焰燃燒形態等等,很複雜。差距不是一點半點啊。

@neverset :

德國的汽車在做的大部分是安全性,穩定性和舒適性方面的研究。對於您說的輕量化也確實是各大汽車商的熱賣點,但是他們自身似乎並不在這方面很發力,而是靜觀其變的態度。

回復的一部分:

沒有錯,相比於輕量化,碰撞安全和NVH能為主機廠帶來更多效益。安全的重要性不言自明,噪聲和振動是消費者能直接體驗到的。在NVH方面,相對少的投入能夠獲得較好的用戶體驗。只能說輕量化的優先級不如安全性和NVH,但不能說輕量化不重要。十二五規劃專門寫到了新材料產業,未來的發展會以此為基礎。這裡摘錄一些你看看吧。

國務院關於印發「十二五」國家戰略性新興產業發展規劃的通知

「大力發展新型功能材料、先進結構材料和複合材料,開展納米、超導、智能等共性基礎材料研究和產業化,提高新材料工藝裝備的保障能力;建設產學研結合緊密、具備較強自主創新能力和可持續發展能力的高性能、輕量化、綠色化的新材料產業創新體系和標準體系」

「2.先進結構材料產業。以輕質、高強、大規格為重點,大力發展高強輕型合金,積極開發高性能鋁合金,加快鎂合金製備及深加工,發展高性能鈦合金、大型鈦板、帶材和焊管等。以保障高端裝備製造和重大工程建設為重點,加快發展高品質特殊鋼和高溫合金材料。加強工程塑料改性及加工應用技術開發,大力發展聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛和特種環氧樹脂等。」

這是金屬材料方面的動向,規劃中的時間節點定到了2015年和2020年。

另外,從規劃來看,電子電氣和新能源汽車,也很需要材料方面的研究突破。

PS:基礎材料是我國工業的硬傷,與國外的差距,短時間內難以縮短。基礎材料的研究需要海量 資金投入,一般的研究單位做不了。若題主要在汽車和材料方面跨界做點文章,可以從熱處理工藝、高壓滲入氣體、製造工藝(比如鑄造、鍛造、焊接、鍍膜、沖壓等(貌似這屬於機械製造了。。不過鑄造性能、鍛造性能應該還是屬於材料))這些方面入手,資金和設備需求少一些。

PPS:我是搞車輛的,材料方面也不知道說的對不對路,歡迎指點,共同進步。

【譚貴的回答(2票)】:

正好,我本專業是車輛工程,輔以材料學。個人覺得材料學可以幫助在車輛工程的基礎上,研究零件結構的高強與耐用。我的材料學導師研究的是汽車輕金屬材料。研究方向還是很多的,可以根據興趣。

【林沃森的回答(1票)】:

謝 @劉堯 邀

隨手翻開《汽車設計》,就翻到第三章第四節變速器的設計和計算

一、齒輪的損壞形式

變速器齒輪的損壞形式主要有:輪齒折斷、齒面疲勞剝落(點蝕)、移動換擋齒輪端部破壞以及齒面膠合。

有沒有覺得齒輪很脆弱...

這時候材料學就大顯神威啦,熱處理,合金,複合材料等等。

車就是材料做的...

我覺得把某個性能提高就是榮耀了

真要熱點的話

3D打印算一個吧,大學生方程式賽車中,斯圖加特車隊採用3D鈦合金打印換向節

碳纖維算一個吧,豪車身上好多碳纖維,我們車隊也在做碳纖維車身

學藝不精,歡迎交流 :)

【BrandonLu的回答(0票)】:

這個有很多方向啊,拋個磚,等大神回答。可以關注一些新材料在汽車上的應用,如碳纖維,鋁合金等等。一方面可以研究材料本構及相關應用在相關零件上與傳統材料的差異等等,也可以研究應用新材料的零件的製作方法。

【知乎用戶的回答(0票)】:

很多啊。

整車方面的話,車身輕量化,碰撞安全性,疲勞強度等等。

發動機的話,耐高溫、強度大的材料等等。

【李鈞楊的回答(0票)】:

謝 @劉堯 邀,倍感榮幸

首先我根據你「北京第二外國語學院市場營銷」的資料,判斷你應該是進行市場調研,而不是學術研究。那我其實沒有多少內容告訴你了。雖然自己有一大堆學術失敗的經歷,也知道找工作不易,比如:有一個博士搞汽車輕量化研究,進行鎂鋁合金車架強度仿真的工作,應聘北汽,別人不願意要博士。

但是,我覺得有一些點可以供你參考。

1、國家基金投資的項目關注什麼,這個項目中是否學校、研究機構,做出比較好的產品了?是能投入使用了,還是處於圈錢研發的階段?

2、學校和企業合作的項目有什麼,這些項目我覺得應該是企業關注的重點。

3、汽車企業招聘的人的研究方向,或者是崗位是企業關注重點。

我沒有市場調研等經歷,回答可能沒在點子上。還請見諒。

【張馳的回答(0票)】:

正好我實驗室有人在做這方面的,一個是客車設計中鋼鋁結合部分的設計,有用到材料方面內容;二是汽車輕量化設計,材料方面有很大的研究前景,另外整車的NVH性能方面,都有材料學科的用武之地。

上面各位回答的,比如零部件強度優化等,都是與材料科學的交叉。

【知乎用戶的回答(0票)】:

科研熱點多半是新材料的研製(科研)或者新材料的運用(生產工藝,應用推廣)。

作為汽車的基本結構,需要用到多種金屬材料,包括高強度鋼鐵和各種合金,同時陶瓷,碳纖維等新材料也有使用,但是目前的車身主要是鋼鐵或者是鋁合金為主。然後發動機和其他動力總成部件也需要各種金屬材料。

汽車內飾有大量的高分子材料,包括各類塑料以及發泡材料等。

材料本身就是一個跨度很大的復合專業,汽車可以作為這個學科展現風采的地方。至於結合的熱點,無非是更輕更堅固更便宜的需求和材料科學進步的交集。

【HiJohn的回答(0票)】:

謝邀 第一次被邀請結果就來到了這麼高大上的題目

先占坑 看大拿回答 等我有了一點點成績 再來回答 等著我!!

折疊吧

【薛健的回答(0票)】:

(瀉藥),我只是一本科生,不敢亂答。。╮(╯▽╰)╭

不過,看前幾條回答,還是比較贊同的,汽車裡好多東西都是和材料有關的,我記得以前看過一堆汽車的紀錄片,講汽車(都是好車O_o)的製造過程的,有興趣可以去看看吧。

還有,如果不著急的話,等今年考研結束後,我去和導師探討探討再來回答你。。

【趙猛的回答(0票)】:

對,碳釬維在車身輕量化方面很有前途,上課時老師經常提起。其他的我也不不是很清楚。學藝不精啊!

【平行宇宙的回答(0票)】:

複合材料,主要是碳纖維方面。現在汽車上好多都用複合材料了,例如保險槓

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