本書為德文第10版譯本，介紹了汽車與機械制造中輕量化設計的基礎知識，并特別注重實際應用。本書采用了對操作技術和設計問題給予解答的編排方法，介紹了汽車與機械制造中輕量化設計的基礎知識。本書的目的是通過講述原理與進行類比推理，幫助讀者針對所面臨的問題自己找到適當?shù)慕鉀Q方法。本書附有大量練習題，特別適合讀者自學。本書所給出的眾多針對實際問題的指導可對工程師提供咨詢和幫助。
第10版前言
現(xiàn)代化的輕量化是開發(fā)和制造有競爭力的電動汽車以及經(jīng)濟高效加工裝備的前提。輕量化不僅需要具備創(chuàng)新性思維，更需要擁有廣泛的基礎知識。本書的讀者應當對輕量化感興趣，并愿意了解設計手段背后所隱含的理論知識。本書的最新版本對以往的內容進行了拓展，重新修改了某些章節(jié)，并且對練習部分加以補充。我希望，本書能對工程專業(yè)的學生與在職場中的實踐者有所幫助，他們也是本書的目標讀者。以往的經(jīng)驗一再證明，“沒有理論指導的實踐”，其效果是有限的。
卡塞爾，2013年5月伯恩德-克萊恩
譯 者 序
輕量化是自然界萬物生長最重要的法則之一。在自然界中，輕量化的本質是：“以最少的消耗，取得最大的功效”。
在科學與工程領域中，輕量化則是一門既傳統(tǒng)又常新的學科。按照本書的定義：“輕量化是一門跨多學科的工程科學，由材料力學、計算技術、材料學和制造技術等領域的知識基礎構成。輕量化的目標是在給定的邊界條件下，實現(xiàn)結構自重的最小化，同時滿足一定的壽命和可靠性要求�！� 進入現(xiàn)代社會，對于輕量化的要求則是不僅工藝上可實現(xiàn)、成本上可承受，而且還要發(fā)展上可持續(xù)。
如今，輕量化的主要應用領域是交通運輸工業(yè)。電動車是輕量化的直接受益者。輕量化構造可以降低電動車的重量，提高電動車的行駛里程。對于傳統(tǒng)燃油驅動的汽車來說，輕量化帶來的好處也是顯而易見的，例如通過減重可以降低二氧化碳的排放。對于德國的汽車工業(yè)來說，輕量化的潛力將會在后續(xù)兩代車型中得到展示。在中期，輕量化在汽車工業(yè)中將會有根本性突破。新的輕量化概念會大幅提高產(chǎn)品的效率。此外，無論是對于鐵路航海，還是航空航天，輕量化都會使交通工具的燃油效率更高、耗材更少，因此也會更好地保護環(huán)境。預計到2020年，輕量化在德國交通工業(yè)領域的市場總值將超過1400億歐元。
在機械裝備制造領域，研發(fā)的重點雖然并不在于減重，而是如何在運動構件的剛性與性能（如強度或靈活性）之間加以取舍，但是針對這一矛盾，輕量化卻是最好的解決方法之一。例如，輕量化組件則可以實現(xiàn)機械裝備更快的加工速度、更高的精度和更長的壽命；而輕量化機器人的動作更快更敏捷、精度更高。通過輕量化，機械裝備還可以采用更小更經(jīng)濟的驅動系統(tǒng)，從而提升產(chǎn)品的市場競爭力。預計到2020年，輕量化在德國電子工業(yè)和機械制造業(yè)領域的市場總值會達到400億歐元。另外，僅僅在機械制造領域，德國工業(yè)每年通過輕量化措施減少的二氧化碳排放量就相當于德國一個大型城市一年的二氧化碳排放總量。
現(xiàn)代化的輕量化已經(jīng)不僅是材料替代那么簡單。根據(jù)德國巴登符騰堡州輕量化事業(yè)局的最新研究表明：輕量化未來的關鍵是多材料設計，即混合輕量化與概念輕量化。新的輕量化方法從一開始就要融入產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)方案設計中。在這一階段，最終產(chǎn)品70-80%的重量就已經(jīng)確定下來了。要做到這一點，僅通過采用輕量化材料是無法實現(xiàn)的。未來，輕量化轉化的重點在于概念輕量化與整個產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化，即輕量化與工業(yè)4.0的無縫結合。輕量化是如此重要，業(yè)已上升為德國的國家戰(zhàn)略。根據(jù)最新公開的德國執(zhí)政黨聯(lián)合行動合約表明，輕量化、工業(yè)4.0與電動出行一起成為德國國家的三大重點創(chuàng)新戰(zhàn)略。
從理論上說，對于任何一種材料、產(chǎn)品和工藝方法，在遵循輕量化原則的前提下，都會不斷地挖掘出其輕量化潛力，從而使其展現(xiàn)出新的生命力，這對于傳統(tǒng)的制造業(yè)尤其具有極大的吸引力。而對于從事輕量化的工程技術人員來說，要做到這一點，則需要在具有扎實的理論基礎與技術功底的同時，還要不斷地學習吸收各種新的技術和知識并能創(chuàng)造性地加以應用。
輕量化材料、輕量化設計與輕量化制造是輕量化學科的三大要素。其中，占據(jù)核心地位的是輕量化設計。原德國卡塞爾大學機械工程系輕量化設計專業(yè)克萊恩教授撰寫的德文版《輕量化設計-計算基礎與構件結構》從1988年的第一版到2013年的第十版歷經(jīng)十五年，已成為德國高校輕量化設計與技術專業(yè)的經(jīng)典教材。機械工業(yè)出版社于2010年出版的《輕量化設計》（中文第一版）譯自克萊恩教授原著德文第八版，而本次出版的《輕量化設計》（中文第二版）則譯自克萊恩教授退休之前修訂撰寫的第十版也是最后一版德文原著。本書的出版也是對原作者最好的致意。
“登高望遠，學海無涯”。謹以此與讀者諸君共勉。
陳力禾
2016年6月6日，德國阿倫
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