仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的耐撞性能研究

为提高汽车吸能盒结构耐撞性,受毛竹微观结构启发,提出3种不同的仿生双菱形肋边多胞薄壁结构。建立仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的有限元模型,通过有限元仿真对比研究仿生双菱形肋边多胞薄壁结构与传统八边形多胞薄壁结构的耐撞性。分析双菱形肋边布置方式、内层壁厚等因素对新型薄壁结构吸能特性和变形模式的影响。结果表明,与传统八边形多胞薄壁结构相比,仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的吸能特性有了明显的提升;双菱形肋边布置方式和内外层壁厚对结构吸能特性均有一定影响;随着内层壁厚的增加,结构最大峰值力减小,但总能量吸收和比吸能减少,载荷平稳度降低。仿生双菱形肋边多胞薄壁结构能有效降低乘员在汽车正面碰撞中所受的伤害,可应用到新能源汽车吸能盒的设计开发中。     

基于平台翻滚的微型客车耐撞性研究

建立某微型客车平台翻滚试验有限元仿真模型,通过对运动姿态、运动参数和部件变形进行对标分析,验证有限元模型的可靠性。根据车辆变形、受力和吸能等试验与仿真结果,确定两根顶盖横梁和左右A柱内板为目标车型在翻滚碰撞过程的关键结构。从车身结构耐撞特性与吸能特性出发,综合考虑生存空间侵入与结构能量吸收的评价指标,利用Opt LHD试验设计、KRG近似模型构建、NAGA-Ⅱ多目标寻优和比例系数取优等方法完成关键结构的优化。优化后关键结构总质量减轻24.78%,结构总吸能减少18.81%,关键构件的平均比吸能提升11.89%。     

预溃拉伸吸能结构的构建、分析与优化

本文中基于对拉伸吸能方案优越性的分析,创新性地提出了一种能有效提升碰撞吸能性能的预溃拉伸吸能结构。首先通过吸能盒的压缩试验和标准拉伸样件的拉伸试验,表明了拉伸吸能具有更高比吸能的优点。随后构建了一种利用吸能杆拉伸吸能的预溃拉伸结构,通过有限元碰撞仿真分析其碰撞形变和吸能特性,并对其板厚参数进行优化。结果表明:新型结构充分发挥了材料拉伸吸能原理的优势,其比吸能比传统结构高40%,碰撞安全性能明显提升。     

仿生层级薄壁方管的耐撞性研究

为了进一步改善车辆结构部件的耐撞性能,基于甲虫翅鞘微观锥形小梁结构提出新颖的仿生层级薄壁方管(BHST)结构,包括SBHST-4,SBHST-9,BHST-4和BHST-9。通过非线性有限元软件和试验验证结果建立BHST有限元模型,并对比其与传统多胞薄壁方管结构的轴向吸能特性。考虑到结构壁厚、截面尺寸和空间位置因素对BHST-9结构耐撞性能的影响,采用参数分析方法,研究小方锥管下截面尺寸b分别和空间位置参数λ、结构壁厚t对BHST-9结构轴向吸能特性的影响。此外,结合径向基函数(RBF)神经网络代理模型技术与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对BHST-9结构进行多目标优化分析,以获取BHST-9结构的最优配置。研究结果表明:BHST-9结构呈现出较优异的轴向吸能效果,其比吸能较传统9胞薄壁方管在等质量的条件下提高了22.87%,初始峰值力降低了10.22%;适当增加结构壁厚和小方锥管下截面尺寸有利于提升BHST-9结构的吸能能力;随着λ的增加,BHST-9结构的比吸能呈现出先增后减的趋势,当λ为0.5时,不同下截面尺寸小方锥管的BHST-9结构整体上具有较高的比吸能和较稳定的折叠变形模式,且初始峰值力变化幅度较小,但BHST-9结构中的仿生小方锥管下截面尺寸和结构壁厚较空间位置参数对比吸能的提升作用更为显著;当BHST-9结构初始峰值力不高于140kN时,其最优设计参数t,b分别为1.61,24.67mm。     

S形梁碰撞多参数优化设计

提出了一种新的碰撞优化方法,即将试验设计(DOE)、有限元分析(FEA)、响应面法(RSM)和遗传算法(GA)结合起来,对S形薄壁梁多结构参数进行抗撞性优化设计.通过提取实际车架上使用的S梁特征参数,建立了S梁的碰撞模型.运用方差分析(ANOVA),选取那些对S梁吸能特性影响显著的因素作为主要设计变量,采用显式非线性有限元软件PAM-CRASH进行碰撞模拟.根据有限元分析结果并结合响应面理论,建立了S梁的总吸能和最大冲击载荷的响应面模型.采用遗传算法进行优化求解,得到了S梁的最优设计参数.优化后的S梁在碰撞中的总吸能能力大大提高.     

一种基于元模型的桥梁静动力有限元模型修正方法

针对大型桥梁静动力有限元模型修正问题,提出一种基于元模型的修正方法。首先,对桥梁结构进行子结构划分,并利用人工神经网络算法建立修正参数与结构静、动力特性的关系模型(元模型);其次,分别以桥梁静动力测试结果作为有限元模型修正的优化目标,将桥梁静动力有限元模型修正问题转化为多目标优化问题,从而克服了采用单目标优化时,结构静力特性与动力特性目标之间的权值难以选择的问题;再次,通过元模型建立及多目标优化的方法进行结构有限元模型的修正。最后,利用一座钢管混凝土拱桥的静动力试验实测结果,对所提模型修正方法的适用性进行验证。结果表明:该方法具有较好的精度和适用性,可作为大型桥梁结构静动力有限元模型修正的一种实用方法。     

薄壁梁诱导槽结构抗撞性优化设计及应用

通过分析各种变形诱导结构设计特点的基础上,提出了一种有效的变形诱导槽结构.将该变形诱导槽结构应用于某车架前纵梁的碰撞模拟中,以提高其动态吸能特性.选取前纵梁诱导结构的主要设计参数作为研究对象,采用响应面法并结合正交试验设计、显式有限元方法等来进行分析.建立了前纵梁诱导结构的总吸能和最大冲击载荷的多目标优化模型,并对模型...     

CFRP多胞结构吸能机制及多工况耐撞性设计

将轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)应用到多胞结构设计中,有望进一步提升CFRP薄壁结构的耐撞性能及吸能效率。为了研究CFRP多胞结构在多角度加载工况作用下的能量吸收机制及耐撞性能,采用机织平纹CFRP预浸料制备CFRP单胞管以及2个不同规格的CFRP多胞管,并通过调整壁厚使所有结构的质量保持相等;随后,对上述3个试样开展准静态轴向压溃试验,通过试验揭示CFRP多胞管的耐撞性能。此外,建立CFRP多胞管的有限元模型,采用数值仿真的方法揭示多胞管的能量吸收机制,并基于试验验证的有限元模型进一步分析9种不同规格的CFRP多胞结构在多种加载角度下的压溃性能。最后,采用多指标评价方法(COPRAS)对不同构型的多胞管在多种压溃角度下的耐撞性能进行综合评价。试验结果表明:单胞管发生了不稳定的局部屈曲,多胞管发生了稳定的渐进失效,并且在等质量的条件下,多胞管的总吸能比单胞管的总吸能高约68%。仿真结果表明:层内损伤是CFRP多胞管以及单胞管的主要吸能机制,其能量耗散值约占总能量的50%;且随着加载角度的增加,各结构的总吸能逐渐下降,但各吸能机制所耗散能量的占比变化不大,增加胞数以及内壁胞壁的厚度均能小幅度提升多胞管的能量吸收特性。综合耐撞性评价结果表明:试样MT3-4[胞数为9,内部胞壁厚度b为1.178 0 mm(5层),外部胞壁厚度c为0.235 6 mm(1层)]在多种压溃角度下具有更好的综合耐撞性能。     

空间倒三角形管桁架组合梁有限元分析及设计参数研究

为研究设计参数对空间三角形管桁架组合梁受力性能的影响,依据管桁架组合结构试验模型参数,应用非线性有限元软件Abaqus建立组合梁的有限元模型,其计算结果与试验结果吻合较好;利用有限元方法,以混凝土板的材料等级、板宽及板厚、弦杆的材料等级、壁厚以及桁架节间宽高比、倾斜桁架间夹角等为参数对其极限承载力的影响进行了分析。结果表明:混凝土强度、板宽、板厚增加66.7%、66.7%、100%,其极限承载力则相应提高了5.6%、1.5%、16.2%;当弦杆采用Q345B、Q390B级钢时,其极限承载力相对于采用Q235B级钢增加了17.8%、18.6%,下弦管壁厚增加50%时,其极限承载力提高6.1%;当倾斜桁架节间宽高比接近于1时,其极限承载力最高,而两倾斜桁架间的夹角大小对极限承载力基本无影响。     

基于代理模型的薄壁钣件抗撞性优化设计

为研究薄壁吸能钣件的抗撞性,基于动力显式有限元法和全因子试验设计,结合响应面方法建立了薄壁钣件的代理模型.以结构的比吸能为优化目标,采用序列二次规划算法对结构参数进行优化,找到吸能钣件的比吸能随钣件长度和厚度而变化的规律,得到了该薄壁钣件的最优设计参数.     

基于拉丁超立方抽样的薄壁梁抗弯性能研究

为提高车身侧碰安全性,利用三点弯曲试验方法对薄壁梁的抗弯性能进行研究。采用拉丁超立方设计方法对薄壁梁结构的壁厚及其上面板宽度进行了25组方案设计,并使用LS-DYNA对各方案进行有限元分析,得到相应的试验值和设计目标函数值。以加载力峰值、平均加载力和比吸能值作为优化设计目标,运用Isight建立了其与薄壁梁参数之间的克里金(Kriging)近似模型,并应用NSGA-Ⅱ优化算法对近似模型进行寻优,得到了优化的薄壁梁参数,薄壁梁的抗弯性能显著提高。     

面向行人下肢保护的蜂窝铝吸能结构优化

建立了行人小腿与某乘用车前端结构的碰撞有限元模型,而仿真分析发现行人腿部损伤指标在保险杠正中心Y_0处的胫骨加速度峰值和靠近吸能盒Y_(390)处的胫骨加速度峰值与膝部弯曲角峰值均超过了安全阈值。为改善汽车行人下肢保护性能,根据该车前端吸能空间设计了6种不同蜂窝胞元边长、5种不同蜂窝胞元厚度的蜂窝铝吸能结构,通过分析30组蜂窝铝吸能结构在Y_0处所对应的行人腿部综合伤害指标和比吸能的变化趋势,确定了对行人腿部保护性能较好的蜂窝铝胞元边长为14 mm。然后以吸能盒位置Y_(390)处行人腿部综合伤害指标最小为优化目标,运用软件Hyperstudy和LS-DYNA集成优化的方法以蜂窝铝吸能结构前盖板与蜂窝芯的厚度为变量进行优化。优化后靠近吸能盒Y_(390)处和保险杠正中心Y_0处的行人腿部3项伤害指标均大幅降低,且满足法规安全阈值要求,优化后的蜂窝铝吸能结构有效地改善了该车的行人下肢保护性能。     

异型钢管混凝土拱结构多元回归优化分析

为探讨多拱肋宽幅异型钢管混凝土拱桥多个结构参数对结构行为的影响，基于多元回归分析软件Design-Expert,得出考虑多因素交叉影响响应的回归公式，取关键节点(截面)力学响应为控制目标，对结构进行优化验证。结果表明：利用实验设计给出多元回归公式，可不必再进行数值或解析分析就能得到桥梁结构响应；在二阶交叉参数中，拱肋钢管壁厚与边拱吊杆张拉力、拱肋钢管壁厚与中拱吊杆张拉力、拱肋钢管壁厚与水平拉索张拉力这3种参数交叉作用对边拱拱顶应力影响显著；拱肋钢管壁厚与水平拉索张拉力、边拱吊杆张拉力与水平拉索张拉力这两种参数交叉作用对中拱拱顶应力影响显著。当拱肋钢管壁厚参数水平为0.697 9,边拱吊杆张拉力参数水平为-0.056 1,中拱吊杆张拉力参数水平为0.378 7,水平拉索张拉力参数水平为-0.132 2时，桥梁结构响应获得较好优化效果；分析优化后的修正数值模型，桥梁结构变形、内力和应力均有明显减小，优化效果较显著。     

基于多目标模拟退火算法的高速电磁阀优化设计

高速电磁阀的关键结构参数对高压共轨喷油器的响应特性具有决定性影响,采用多目标模拟退火优化算法MOSA(Multi Objective Simulated Annealing),基于多目标多学科优化平台modeFrontier,并集成有限元分析软件Ansys,以高速电磁阀开启、关闭延迟时间和电磁力为目标函数建立了多目标优化模型,对高速电磁阀的关键结构参数进行多目标优化设计。结果表明:电磁阀开启延迟时间降低了15.4%,达到0.11 ms;关闭延迟时间降低了25%,达到0.18 ms,;电磁力提高了12.5%,达到160 N。     

基于阻尼比的混合减震结构效果研究

运用SAP2000进行数值分析,对比了设置隔震支座、设置钢阻尼器以及两种装置混合设置在一起结构的消能效果,并对层间剪力、结构顶点位移曲线等参数进行对比分析。结果表明,混合消能减震结构具有很好的消能效果,比设置单一消能构件的结构具有更加优越的减震效果,可以使目标建筑结构的抗震性能得到显著提高。     

基于正交设计的汽车前纵梁吸能结构的优化

为了增强某款SUV车的耐撞性,提出了一种带诱导槽的八边形结构、可逐级吸收碰撞能量的前纵梁,并建立了其准静态纵向压溃和台车碰撞两种有限元模型。在台车模型中考虑了台车质心位置和车轮模型的刚度、高速旋转与摩擦特性的影响;采用正交试验设计法对前纵梁的材料、壁厚和焊点位置进行了优化,并将优化结果用于底盘结构。底盘耐撞性试验结果表明,优化后结构具有较好的吸能能力。     

车身正向开发过程中的优化设计

研究了如何在车身的各个开发阶段,合理地应用多种优化设计方法。以某款车的白车身正向开发为例,运用拓扑优化技术,找到白车身结构最有效的材料分布;建立全参数化的几何/有限元模型,研究载荷传递路径,确定车身结构,采用基于实验设计与近似模型的参数优化技术,平衡白车身的结构、安全、振动噪声等性能和车身质量,得到了最优设计方案;优化零件形貌,设计冲压筋。通过4个具体的案例(拓扑优化、路径研究、参数优化和形貌优化),合理的运用多种优化设计方法,优化车身正向开发流程,提高开发效率,提升车身的结构、安全和振动噪声等性能,并降低车身质量。     

面向行人下肢保护的汽车前端结构刚度优化设计

为改善汽车的行人下肢保护性能,提出了一种基于多刚体动力学模型的汽车前端结构刚度设计方法。依据下腿型对保险杠的碰撞试验和汽车前端结构的有限元模型,仿真获得腿部碰撞区域的刚度参数和汽车前端的几何位置参数,在Maydymo中建立了该模型。利用全局响应法(GRSM)进行优化求解。以下肢胫骨加速度、膝部弯曲角度和膝部剪切位移这3个伤害指标归一化后的均方估计(MSE)为优化目标,以保险杠和副保险杠的屈服力和最大变形量为4个设计变量。结果表明:目标函数降低了73.9%,胫骨加速度下降了50.3%,膝部弯曲角下降了48.9%。这说明:对汽车前端结构刚度的优化可以有效提升其行人下肢保护性能。     

双菱形连塔斜拉桥动力特性分析

针对在建的双菱形连塔斜拉桥——李家沙特大桥,采用通用有限元软件Midas建立其三维有限元模型,分析了塔形为两个并列菱形塔横向连接而成的双菱形塔斜拉桥与塔形为单菱形塔斜拉桥的动力特性。对比分析表明:双菱形连塔斜拉桥的振型较单菱塔斜拉桥复杂;地震反应谱荷载响应显示:连塔斜拉桥结构对横向地震反应有较大影响。     

高压气体长管半挂车车架有限元仿真与优化

运用CATIA软件对高压气体车架进行三维实体参数化建模,并将模型导入ANSYS软件中建立车架结构有限元的实体单元模型,对车架在弯曲和扭转两种工况下的应力特性进行深入研究,对车架进行性能分析评价;利用APDL语言建立车架纵梁的优化模型,运用ANSYS Design opt模块对现有车架纵梁结构尺寸进行优化设计。根据该特种车的实际使用工况和应力特性的分析结果提出专用车架设计方案,为设计新型长管半挂车提供参考依据。