等效断裂强度准则及其在混凝土细观脆断模型中的应用

研究了混凝土细观脆断模型的网格敏感性,在线弹性断裂力学和应力集中理论的基础上,建立了等效断裂强度准则。利用等效断裂强度准则和最大拉应力准则,在两种不同网格下,对细观模型的单轴拉压破坏过程进行了分析。结果表明,经典的最大拉应力准则具有明显的网格敏感性,而等效断裂强度准则由于将单元大小作为破坏参数,可以较好地克服单元破坏引起的网格敏感性。     

汽车夹层风挡玻璃的数值模拟和试验验证

在车辆开发过程中对夹层风挡玻璃的研究,对提高车辆对行人的保护性能具有重要意义。本文建立了汽车风挡夹层玻璃的有限元模型。该模型中,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)薄膜层采用实体单元,玻璃层采用壳单元和实体单元,使用最大主应变准则模拟玻璃开裂。采用5 mm的壳单元混合型网格的有限元模型,模拟计算了行人头部撞击风挡玻璃底部位置和车顶的抗压、加速度、侵入量、头部伤害指标(HIC)和玻璃破碎形态,并和试验进行了对比。结果表明:该模型可以模拟行人头部伤害程度及玻璃的断裂形状,可为车辆风挡玻璃设计及优化提供帮助。     

温度场作用下混凝土桥塔Ⅰ型裂纹开裂面应力场分析

为了确定温差作用下混凝土桥塔开裂面的应力分布状态,采用奇异单元模拟裂纹尖端应力场的奇异性,建立相应计算Ⅰ型裂纹开裂面应力分布的有限元模型.通过数值计算,考察有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力场计算精度的影响,确定各个参数的敏感程度,发现在裂纹尖端区布置奇异单元时,第1行单元半径的大小对尖端应力场有较大的影...     

基于有限元法的铝合金轮毂耐冲击研究

本论文以三维造型软件UG和非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA为工具,建立了包括铝合金轮毂,轮胎和冲击块在内的非线性有限元力学模型。有限元模型的建立结合试验定义了铝合金的材料参数;依照ANSYS/LS-DYNA接触算法中罚函数方法的要求定义了轮毂与冲击块和轮胎与冲击块的接触;同时根据轮毂各部位的结构和功能特点在有限元网格划分时运用了分块划分的方式,大大降低了单元和节点数量,提高了计算效率。对所建立的非线性有限元模型进行数值模拟和仿真,对危险部位失效的可能性进行了预测,以实际冲击试验对两个不同冲击部位进行试验验证。同时研究了减薄轮毂厚度对轮毂耐冲击性的影响。该有限元模型的建立和分析方法为轮毂设计人员在前期开发时提供了有益的思路。     

网格变量映射方法在有限元分析中的应用

汽车车身零件的冲压成形和碰撞两种仿真对有限元模型网格的要求不同.为了实现不同类型网格模型之间变量的传递,提出了一种基于等参元逆变换的网格变量映射新方法.该方法通过碰撞模型节点在冲压模型中的精确定位和网格模型之间节点变量的插值,将板料冲压过程中材料性能变化后的实际状态变量(如厚度、应力和应变)精确映射到碰撞仿真模型中.将该方法应用于某轿车前保险杠碰撞仿真的结果表明,该映射方法能很好地实现有限元分析的网格前处理,在精确传递网格变量的同时将冲压效应引入碰撞仿真中,从而提高汽车碰撞仿真的效率和精度.     

基于有限元法的柴油机曲轴裂纹扩展模拟研究

以某型直列柴油机曲轴为研究对象,建立曲轴的有限元模型,采用子结构技术对有限元模型进行模态缩减。应用AVL.Excite进行曲轴的多体动力学仿真,经过应力恢复得到曲轴的应力分布,确定易产生裂纹的危险截面。采用1/4节点等参退化奇异单元模拟裂纹前沿应力奇异性,建立曲轴表面裂纹扩展的有限元模型,对不同深度椭圆裂纹的应力强度因子进行计算,最后拟合应力强度因子与裂纹深度的近似表达式,预测了其裂纹扩展寿命。     

发动机进气道流动特性的数值模拟

以发动机整个进气系统为研究对象,建立其三维流动模型,进行流动的数值模拟计算,模拟结果与试验值吻合良好,验证了模型的正确性;在此基础上,对比分析不同升程、不同网格单元模型及不同湍流模型下的流动现象,结果表明:增加网格单元数,计算精度并没有显著提高,而采用RNGk-ε模型计算,可以更好地处理流线弯曲程度较大的流动,结果更为准确。     

汽车涂层样本单颗粒冲击破坏仿真分析

研究汽车涂层在冲击载荷下的破坏现象,对于预测涂层抗石击性能以及指导涂层结构设计和优化具有重要意义。建立了汽车涂层样本单颗粒冲击破坏有限元模型,使用自主开发的显式有限元求解器模拟汽车涂层冲击破坏过程。涂层层内破坏、基底与涂层界面分离破坏模式的仿真结果与试验结果的良好一致性,验证了仿真分析方法的有效性,揭示了涂层在冲击载荷下的层内破坏与界面分离破坏的失效机理。     

超高强钢材料碰撞失效行为仿真预测技术研究

为了提高超高强钢材料在整车碰撞过程中的失效行为仿真预测精度，对比分析了主流求解器LS＿DYNA中GISSMO等6种典型失效模型的原理，并针对GISSMO失效模型中影响整车碰撞失效仿真精度最为关键的参数材料断裂极限应变及网格尺寸修正特性设置方法进行了研究。断裂极限应变标定过程中应变路径存在非线性，需要采用加载历程平均应力三轴度来进行描述；默认的网格修正设置方法难以兼顾不同应力状态，采用自定义的网格尺寸修正设置方法可以有效提高典型应力状态下不同网格尺寸模型仿真预测结果的一致性。     

改进的数值流形算法在复杂裂纹模拟分析中的应用

在利用有限单元法进行复杂裂纹分析时,前处理的网格划分以及裂纹扩展时的网格重构会带来很大困难,而流形方法里定义的两套独立网格可统一求解连续和不连续问题,其前处理需求十分简单,特别适于求解各类裂纹问题。基于新发展的流形方法覆盖系统自动生成算法,采用三角形数学网格和J积分,将数值流形方法应用于各种复杂裂纹应力强度因子的计算和分析求解。数值算例结果表明了方法的有效性和计算精度。     

几何一致性对整车结构碰撞仿真影响

有限元仿真分析为车身结构CAD设计及性能控制提供指导和参考，要求具有可靠的仿真结果，因此大力提升计算机模拟精度势在必行。文章介绍了在有限元建模过程中网格与几何的一致性对整车结构碰撞仿真的影响，探讨了网格贴合精度、重要特征处理和调整厚度穿透对计算结果的影响，并进行了分析对比，找出了影响仿真精度的若干因素，对碰撞分析模型的正确建立及结果的可靠性分析和实车碰撞状态的有效反应具有指导意义。     

Effect of residual stress on impact damage in a dissimilar laminated plate at a biaxial bending mode

Systematic investigations have been performed on the mechanisms that lead to impact damage in a dissimilar laminated plate with a thermal residual stress at a biaxial bending mode. Glass/polymer laminated plates are often used as blast-proof safety screens, and bullet-proof windows, and in windshields in the automotive and the aerospace and aeronautical fields. Their many advantages, the development of new materials, and the need for high-performance, low-weight structures ensure that laminated plate construction will continue to be in demand. In this work, the impact damage in glass/Al alloy laminated circular plates cured at RT and 80°C was investigated using an instrumented long bar impact tester at a biaxial bending mode. A circular plate was cured at different curing temperatures to form a thermally induced residual stress at the bonding interface. To improve the damage tolerance of laminated circular plates, various geometric (thickness ratio of the inner to outer layer) and material parameters are considered by determining their effects of maximizing impact absorbed energy. The measured impact force profiles and the impulse of the force explained the impact damage behaviors induced in the laminated circular plates. We show that a compressive residual stress could reduce the initiation of radial cracks and the impact damaged area of the laminated plate in the outer layer. Greater an inner layer thickness results in smaller a damaged area. A design guideline for effective dissimilar laminated plate construction is proposed.     

整车模态分析中焊点模拟方法的研究

针对整车有限元模态分析中,采用刚性梁单元模拟焊点时刚度无法控制和严重依赖网格的弊端,提出采用弹塑性梁单元模拟焊点的方法.以某轻型客车为例,建立整车有限元模型,分别采用上述两种单元模拟焊点进行模态分析.与试验结果的对比表明,整车模态分析中采用弹塑性梁单元模拟焊点的方法更接近试验结果,即更为准确、有效.     

活塞振荡冷却的数值模拟计算及温度场分析

利用CFD动态网格层变法建立了活塞振荡冷却的瞬态计算模型,并应用VOF模型对活塞的振荡冷却进行了瞬态数值模拟计算。分析了活塞在不同位置时油腔内冷却油的流动情况,得到了内冷油腔的机油填充率、壁面传热系数等随曲轴转角的变化规律。为验证其冷却效果,提取了内冷油腔壁面的换热边界,对活塞的温度场进行了有限元模拟计算,并与试验结果进行了对比,为活塞的优化设计提供了依据。     

金属主簧-复合材料副簧复合刚度计算模型

为了揭示金属主簧-复合材料副簧的变形机理并快速预测其复合刚度,综合应用板弹簧设计理论、复合材料层合板理论及有限差分法建立了金属主簧-复合材料副簧复合刚度的理论计算模型,并编写了相应的MATLAB计算程序。采用ABAQUS软件建立了某金属主簧-复合材料副簧总成的有限元模型并对其刚度特性进行有限元模拟。有限元模拟刚度与理论计算刚度之间的误差低于3%,从而验证了理论计算模型的正确性。建立的理论计算模型不但阐明了金属主簧-复合材料副簧的变形机理,而且适宜编程计算,能准确快速地预测金属主簧-复合材料副簧的复合刚度,这对复合材料板簧的推广应用具有重要意义。     

泡沫应变率对行人小腿碰撞性能影响的研究

建立了车辆-行人小腿碰撞模型,在考虑和不考虑泡沫应变率效应的条件下进行了车辆保险杠与行人小腿的碰撞模拟分析,并与试验结果进行了对比.通过对小腿加速度、弯曲角、剪切位移3个性能参数的模拟分析结果表明,泡沫应变率对行人小腿碰撞性能影响较大,因此在实际分析中必须考虑泡沫材料的应变率效应.     

A data-driven dynamics simulation framework for railway vehicles

The finite element (FE) method is essential for simulating vehicle dynamics with fine details, especially for train crash simulations. However, factors such as the complexity of meshes and the distortion involved in a large deformation would undermine its calculation efficiency. An alternative method, the multi-body (MB) dynamics simulation provides satisfying time efficiency but limited accuracy when highly nonlinear dynamic process is involved. To maintain the advantages of both methods, this paper proposes a data-driven simulation framework for dynamics simulation of railway vehicles. This framework uses machine learning techniques to extract nonlinear features from training data generated by FE simulations so that specific mesh structures can be formulated by a surrogate element (or surrogate elements) to replace the original mechanical elements, and the dynamics simulation can be implemented by co-simulation with the surrogate element(s) embedded into a MB model. This framework consists of a series of techniques including data collection, feature extraction, training data sampling, surrogate element building, and model evaluation and selection. To verify the feasibility of this framework, we present two case studies, a vertical dynamics simulation and a longitudinal dynamics simulation, based on co-simulation with MATLAB/Simulink and Simpack, and a further comparison with a popular data-driven model (the Kriging model) is provided. The simulation result shows that using the legendre polynomial regression model in building surrogate elements can largely cut down the simulation time without sacrifice in accuracy.     

新型台车碰撞缓冲吸能装置研究

提出了一种以减振器为吸能元件的纵向碰撞、垂直吸能的新型机械缓冲吸能装置,介绍了其基本结构和工作原理。采用有限元方法建立了吸能装置的计算机仿真模型,对吸能装置的工作性能进行了计算机仿真。结果表明,通过调节减振器的高度、间距、数量等不同的初始条件,该吸能装置能够在台车碰撞实验中复现出多种波形特征的车身减速度曲线,满足汽车安全部件的试验要求。     

玻璃准静态破坏现象隐式和显式组合仿真研究

玻璃准静态破坏的研究对汽车风挡玻璃设计及制造、保护司乘人员安全等具有重要意义.目前在玻璃准静态仿真研究中,尚未涉及玻璃破坏过程.提出有限元隐式和显式组合分析方法,以充分利用两种方法在加载阶段和破坏阶段仿真计算各自的优势,实现高效率的玻璃准静态破坏现象仿真分析.使用基于ABAQUS软件的组合分析方法,仿真分析玻璃同轴双环...     

强夯加固煤矸石地基多点单次夯击数值模拟研究

建立了强夯法的数值模拟模型,用有限元分析软件ANSYS分析多点单次夯击过程,并以此分析夯沉量、冲击应力空间分布特征,不同夯击能不同夯点间距作用下矸石地基的位移、干密度随深度的衰减规律。