CAE建模与工程验证

提出了具有共性和普遍意义的复杂产品CAE性能仿真的能量等效替换、定性力学、主要矛盾和反馈建模原则,基于这些原则对中空挤压铝型材高速动车组、不锈钢点焊结构的城市轻轨动车组、中空挤压铝型材/蜂窝夹层板混合结构的常导磁浮动车组车体进行了CAE性能仿真.性能仿真结果与物理样机测试结果的基本一致,证明了本文建模原则的有效性.     

CAE建模与工程验证

提出了具有共性和普遍意义的复杂产品CAE性能仿真的能量等效替换、定性力学、主要矛盾和反馈建模原则,基于这些原则对中空挤压铝型材高速动车组、不锈钢点焊结构的城市轻轨动车组、中空挤压铝型材/蜂窝夹层板混合结构的常导磁浮动车组车体进行了CAE性能仿真.性能仿真结果与物理样机测试结果的基本一致,证明了本文建模原则的有效性.     

基于等效面积法的蜂窝梁挠度计算方法研究

为了研究蜂窝梁挠度的计算方法,以费氏空腹桁架理论为基础,考虑了蜂窝梁由于腹板开孔对其抗剪能力的影响,在挠度计算中计入剪力引起的剪切挠度和剪力次弯矩引起的挠度,考虑蜂窝梁孔高比和距高比的影响,根据面积等效和惯性矩等效的原则推导出简支蜂窝梁的实用挠度计算公式。以本文提出的计算公式为依据,分别对不同蜂窝梁挠度进行计算,同时利用有限元软件ANSYS对相同条件下的蜂窝梁进行仿真分析,将公式计算结果与有限元分析结果对比,结果证明本文所提的挠度计算公式具有较高的准确性。     

正六角形蜂窝芯层面内等效弹性参数研究

由于蜂窝芯层结构在外载作用下,蜂窝胞元壁板不但会产生弯曲变形,而且也会产生伸缩变形和剪切变形。过去Gibson公式在计算蜂窝芯层等效参数时只考虑了弯曲变形,虽然简便,但在导致蜂窝芯层分析时,弹性矩阵会出现不确定性;后来,宋明慧公式在Gibson公式的基础上,进一步考虑了伸缩变形的影响,但由于没有考虑剪切变形的影响,导致的蜂窝芯层结构不稳定,而且简化的弹性矩阵会出现奇异。该文新推导的面内等效弹性参数理论计算公式考虑了弯曲变形、伸缩变形和剪切变形对面内等效刚度的影响,是对Gibson和宋明慧公式的修正,克服了他们公式上的缺陷。     

复合人行道板上人体跌落的动力有限元分析

水泥混凝土道面材料刚度大,人体跌落其上有潜在危险.应用动力有限元程序建立了包括刚柔复合结构以及人体的三维有限元模型,分析了加铺橡胶板材水泥混凝土道面的冲击性能.根据分析模型中各对象的材料特性与分析目的确定材料模型假设,路面结构采用线弹性材料模型、橡胶板材采用Mooney-Rivlin材料模型假定、人体采用双线性硬化材料模型.人体跌落冲击的仿真结果表明人体在与路面冲击碰撞后回弹位移很小,说明材料模型假定及整个仿真分析可以合理地模拟实际的冲击过程.通过冲击时间、人体的冲击加速度及应力的对比,表明在水泥混凝土人行道面上加铺橡胶板材对于保护行人安全有明显作用.     

基于刚度等效模型的减重孔板结构快速分析方法

为了能够更有效率地对减重孔板结构进行计算分析, 提出一种快速分析方法; 研究了减重孔板结构模型与平面板结构模型间的一般刚度等效关系, 建立了减重孔板孔径、孔距与相应平面板等效杨氏模量、等效板厚间的关系表达式, 以等效平面板结构模型代替原孔板结构模型进行变形分析; 将局部节点位移施加到相应目标孔位模型上, 计算了目标孔位区域的应力分布; 结合试验与仿真验证了方法的准确性; 通过对某实际减重孔板结构施加不同载荷, 对刚度等效关系的稳定性进行了验证; 通过某车体底架带孔板结构实例, 对方法应用于实际工程中的有效性进行了验证。分析结果表明: 与试验结果相比, 快速分析方法仿真变形最大误差约为3%, 应变的最大误差约为5%;不同载荷下的等效杨氏模量偏差约为2.5%, 等效板厚的偏差约为1.3%;快速分析方法对变形与局部应力的平均计算误差小于6.7%, 计算时间缩短了约50%。可见, 快速分析方法可以替代传统方法对减重孔板结构进行性能分析。     

流动式架桥机结构有限元分析

架桥机结构力学性能的优劣直接影响架桥机的作业安全。以结构分析理论为基础,利用有限元分析软件MIDAS CIVIL建立架桥机整体空间模型,提出了流动式架桥机有限元模型的建模原则与方法,并对架桥机运梁和架梁两种作业状态进行有限元分析,得到架桥机结构的等效应力和结构变形应力云图。结果表明:利用MIDAS CIVIL对架桥机进行有限元仿真分析是可行的,对架桥机的设计制造具有积极的指导意义。     

薄壁结构棱边强化效果

基于方管理想化折叠单元模型、塑性挤压过程能量耗散分解法与棱边强化薄壁方管在轴向静态压溃作用下的能量平衡修正方程, 分别导出了棱边强化薄壁方管的平均压溃力、吸能预测与棱边强化效果的理论表达式。建立了系列棱边强化薄壁方管准静态轴向压溃有限元模型, 导入LS-DYNA程序进行弹塑性动力学仿真, 获得了平均压溃力, 分析了棱边应力强化的敏感性。将棱边强化技术应用于某车前保横梁和吸能盒相应棱边强度设计中, 采用超高应力强化棱边和普通延性钢板组合去置换较高强度钢薄壁结构, 在冲击试验验证过的有限元模型基础上, 建立了棱边强化前保险杠子结构独立评价有限元模型, 分别进行了棱边强化模型和原始模型的50km·h~(-1)正碰仿真试验。仿真结果表明: 导出的平均压溃力公式可以预测棱边与平板屈服强度比为1~4的棱边强化薄壁方管轴向压溃力学特性, 仿真结果与理论结果的最大偏差不超过5.66%;由前保险杠子结构正碰仿真结果得到了棱边强化前后近似的塑性变形模式与传力路径, 能量吸收差值不超过0.3kJ。可见, 选择性棱边应力强化后的普通延性钢前保险杠子结构有望实现等效置换较高强度钢前保险杠子结构。     

预折叠蜂窝结构吸能特性仿真研究

通过引入周期性预折叠单元,提出一种新型蜂窝结构。建立了新型蜂窝结构有限元模型,采用显式动力学软件LS-DYNA对结构进行轴向压缩模拟,获得结构压缩响应与变形模式。结果表明：与传统结构相比,优化后的新型蜂窝结构其初始峰值力(PCF)下降24.9%,比吸能(SEA)提高12.6%,平均压溃力效率(CFE)提升40.9%,将周期性预折叠单元引入蜂窝结构中可有效改善传统蜂窝结构耐撞性能。     

柔性防护系统环形拦截网分区等代模型

环形网是被动柔性防护系统中的重要结构单元,其冲击变形具有明显的多柔体非线性动力学特征,其计算模型的构建是柔性防护结构理论研究的难点与关键点. 为了建立环形网的计算模型,首先通过柔性被动网整体结构足尺冲击试验,获取了环形拦截网的区域化变形特征以及网环的典型变形状态;其次通过网环拉伸试验与数值仿真计算的方式得到了各典型变形状态下,网环的荷载位移关系,建立了分区等代计算模型;最后通过与网片顶破试验、动力冲击试验展开对比计算的方式校验了模型的准确性. 研究结果表明:环形拦截网具有明显的分区域变形特征,网环（环形网的基本单元）具有3种典型变形状态,各变形状态的网环均具有两阶段受力特征;据此采用连接于圆心、初始长度为网环半径的“X”形4桁架单元模拟单个网环,将典型变形状态下网环的荷载位移关系等效为桁架单元应力应变关系,连接对应节点形成整片网的单元模型,根据网环所处的变形区域赋予桁架单元相应的应力应变关系,建立了整片环形网的高效率分区域等代模型;通过与静力试验及动力试验的对比,模型计算误差小于10%.      

受电弓等效模型参数识别及动态性能测试

为了得到合理的受电弓等效模型和参数,将受电弓结构等效为2质量块和3质量块模型,通过实验方法,对其质量、刚度和阻尼进行识别,得到了不同等效模型的力学参数.基于测得的等效参数建立受电弓数学模型,进行弓网动力学仿真计算,并将计算得到的接触力结果与利用弓网混合模拟试验台测得的实验数据进行对比.结果表明:对于2质量块和3质量块模型,最大和最小接触力的最大偏差分别为36.95、20.84 N和23.97、12.02 N,该测试方法可以用于受电弓等效模型参数的辨识.     

加强梁泡沫夹芯复合板的力学简化分析

加强梁-聚氨酯泡沫夹芯复合板的结构独特，再加上其夹层板的芯材呈现不连续状态，使得夹层板的力学特性分析比较复杂。本文通过采用等效挠曲弹性模量法和等效横向刚度法，经过三次等效简化，最终将加强梁-聚氨酯泡沫夹芯复合板转变成半连续化模型，推导出刚度常数，将复合板转变成正交各向异性板，进而得到复合板的基本方程。     

木塑复合材料客车侧围内板有限元分析与试验

客车侧围内板作为客车室内结构的重要组成部分,对提高车辆行驶安全性、乘客乘坐舒适性起到重要作用。通过有限元分析,结合试验验证的方法,探讨基于蜂窝夹层结构的木塑复合材料应用于客车侧围内板的可行性。建立参数模型,选出最符合侧围内板要求的形状尺寸,并对其力学性能进行分析验证,为该种新型材料的实际应用提供指导借鉴。     

不同厚跨比铝蜂窝吸能特性数值分析及优化

建立同厚跨比的5种不同胞元尺寸的铝蜂窝吸能模型,对蜂窝结构进行异面压缩的数值仿真分析,得到不同胞元结构的能量吸收指标.对各胞元结构进行以吸能最大,峰值载荷最小的多目标优化求解并通过均衡函数得到多目标均衡最优解.结果表明,不同胞元最优厚跨比具有较好的一致性.     

电流反馈型Boost变换器的稳定性及分岔研究

根据电流反馈型Boost变换器的拓扑结构变化规律，建立了功率变换器在连续运行模式下的精确频闪映射模型与系统的不动点方程，运用非线性方程稳定性理论分析系统的失稳方式，采用数值方法分析了Boost变换器稳定性变化与各个参数的关系，并通过仿真实验观察研究Boost变换器的分岔与混沌行为。     

车辆冲击数值模拟研究

为了研究车辆冲击对车辆运行安全性的影响,依据缓冲器计算理论,利用Simulink软件建立了货车缓冲器动力学修正模型;根据车辆系统动力学理论及车钩计算模型,利用UM软件建立了装用K6转向架的C80货车完整自由度车辆模型.将上述模型联合仿真,实现了车辆冲击的数值模拟.计算结果表明:两组车之间的冲击比一辆车与一组车间的冲击危害更大;车钩和从板质量使车辆产生高频小幅的车钩力;悬挂因素导致完整自由度车辆冲击模型的车钩力比单自由度车辆冲击模型小21.7%;车辆在纵向、横向和垂向存在耦合关系,轮轨垂向力随着冲击质量以及重心高度的增加而增大,轮轨横向力随着车端纵向压力的增加和曲线半径的减小而增大.      

机场塔台管制仿真系统核心计算模块的建模及实现

本文主要研究了塔台仿真模拟机空中部分的核心计算模型,介绍了塔台仿真系统的主要结构,重点详细阐述了仿真计算核心的设计,仿真模型的建立,以及实现流程。同时,为了使系统更加灵活,程序可扩展性更强,能够满足复杂大型机场模拟需求,根据飞行阶段的特点和飞行机动形式,分别建立模型进行仿真计算,从而使模拟飞行更加真实。     

复杂结构的动力学建模

介绍动力学建模基本方法,分析目前针对复杂结构建模模型修正的方法以及存在的问题,阐述相关分析以及模型修正的一些基本理论,在此基础上采用基于材料参数修正的等效材料法来修正复杂结构的动力学模型,最后给出一个反映复杂结构的动力学建模过程的数值仿真算例.     

蜂窝芯复杂曲面五轴联动数控加工几何误差建模及补偿技术

以蜂窝芯加工专用的六轴桥式龙门超声切削加工机床为研究对象,基于多体系统理论和齐次坐标变换,建立数控机床空间误差模型,根据机床结构和各零部件间的相对位置关系,对机床的各项几何误差进行建模分析,建立各零部件的子误差矩阵及整体误差变换矩阵,并对蜂窝芯复杂曲面指定加工位置的几何误差进行了求解.最后采用NC代码补偿法对机床几何误差进行补偿,通过比较补偿前后的误差值证明补偿后可大幅度减小误差,满足零件加工需求,同时此项补偿技术对后续其他类型误差的研究和补偿有很好的借鉴意义.     

基于信息熵理论的有限元法

研究基于信息熵理论的有限元法,利用随机熵和模糊熵的概念,建立了模糊变量向等效的随机变量的转换关系。这样,可以利用随机有限元法进行模糊结构或模糊随机结构的有限元分析,算例显示方法是有效的。