铝合金车体前端结构抗撞性优化设计

为提高列车在碰撞事故中的耐撞性能并保证乘客的安全.以铝合金车体为研究对象,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH对客车铝合金车体进行大变形碰撞仿真,并在此基础上利用多学科优化软件iSIGHT对车体前端吸能结构的进行优化,得出在碰撞过程中车体结构的变形模式以及车内乘客身体的受力和加速度情况,并对车体前端吸能结构进行最优化设计,满足轻量化要求,从而实现车辆的被动安全保护和耐撞性优化设计.     

基于数值模拟的薄壁构件碰撞性能研究及焊接影响

利用ANSYS/LS-DYNA的显式有限元方法对4种典型车用薄壁构件进行正碰碰撞仿真,根据所得的变形模式、冲击力、速度等一系列特性参数,分析了其吸能规律,比较了不同构件耐碰撞性能的优劣,为车辆耐碰撞性能的设计奠定了理论基础。同时对焊点的仿真进行了讨论,分析了连接失效对碰撞性能的影响。     

汽车40%偏置碰撞抗撞性改进设计

建立并验证了偏置变形壁障块模型、某轿车全宽碰撞模型的有效性,按照ECE R94.01法规建立该轿车的40%偏置碰撞有限元模型,利用有限元方法对该轿车进行40%偏置碰撞抗撞性仿真分析,确定该轿车40%偏置碰撞抗撞性改进方向。按照改进方向对轿车进行3个方面的抗撞性改进设计,通过比较分析,在一定程度上改善了该轿车的40%偏置碰撞抗撞性能。     

基于神经网络的数据挖掘模型在吸能装置上的应用

针对传统有限元分析方法对机车车辆结构耐撞性计算效率低的问题，在已有仿真分析数据基础上，引入机器学习方法，对车辆关键结构的耐撞性以及碰撞安全性进行分析预测. 首先，建立基于神经网络的数据挖掘模型，在此基础上构建车辆关键结构的碰撞响应预测方法；其次，通过试验验证了防爬吸能装置有限元模型的正确性，以此模型为基础获得不同壁厚防爬吸能装置的碰撞响应仿真数据；然后，以吸能装置壁厚作为模型输入，不同壁厚所对应的位移、速度、界面力和内能等碰撞响应作为模型输出，将有限元仿真数据用于模型训练，优化后的数据挖掘模型的拟合优度在0.922以上；最后，为验证模型预测的准确性，将碰撞数学模型的预测结果与有限元仿真结果进行对比，速度、位移、界面力和内能的平均相对误差分别为7.10%、4.51%、6.20%和2.50%. 研究结果表明:基于神经网络构建的数据挖掘模型在保证精度的情况下，能很好地反映防爬吸能装置的碰撞特性，大幅降低了计算时间，提高了计算效率.      

民机机身结构适坠性研究

以民机机身结构为研究对象, 按照积木式研究方案的不同层级, 即材料级、元件级、细节件级、子部件级、部件级、整机, 阐述了民机机身结构适坠性试验及数值模拟方法; 总结了世界范围内在子部件级(货舱地板下部机身框段)和部件级(机身框段)开展的适坠性研究, 对比分析了机身框段结构坠撞破坏模式, 阐述了机身框段适坠性设计方法; 阐述了民机机身结构适坠性符合性验证及评估方法, 展望了民机机身结构适坠性设计、验证及审定的未来发展方向。研究结果表明: 材料失效和连接结构失效是民机机身坠撞过程中的主要失效模式, 材料本构模型和连接结构失效模型对适坠性仿真分析有重要影响, 需发展更为准确的材料本构模型及连接结构建模技术, 提高其动态仿真成熟度; 在机身结构中布置吸能结构可有效改善其适坠性能, 需发展更加高效稳定的吸能结构设计及布置方案, 以最大化提升机身结构适坠性能; 细节件级和子部件级试验及仿真分析提供了评估失效模式、破坏机理和吸能能力的解决方案, 需进一步发展高精度测试技术及有限元仿真分析技术, 以有效支持部件级和整机适坠性设计、验证及适航审定; 发展含不确定参数的适坠性优化设计方法及评估方法, 以避免额外试验和后期结构更改; 系统开展适坠性积木式试验, 有效支持有限元模型验证及评估工作, 发展经积木式方法验证的有限元仿真分析来表明适坠性符合性, 以减少适坠性验证时间及成本, 并指导适坠性试验设计及结构设计。      

Application of conservative surrogate to reliability based vehicle design for crashworthiness

Surrogate models are commonly used for approximation of large computationally expensive vehicle crash simulation to facilitate rapid design space exploration and optimization. Unfortunately, the optimum design based on surrogates may turn out to be infeasible after running finite element crash simulation due to the surrogate errors. To meet this challenge, conservative strategy of surrogate modeling through compensating fitting errors was used for reliability based design optimization of vehicle structures for crashworthiness and weight reduction. The critical crash responses were constructed by unbiased kriging models, and conservative surrogates were obtained via adding safety margin to estimate the crash responses conservatively. The benefits of using conservative surrogates for reliability based design optimization were investigated in the context of constraint feasibility of the optimum designs through a mathematical example and a case study on vehicle crashworthiness design. The results demonstrate that optimization based on conservative surrogate helps to achieve the feasible optimum design, showing more attractive for reliability based design optimization in engineering applications.     

组合式桥梁护栏防撞性能仿真与试验

为了提高特大型桥梁的道路行车安全性,通过理论计算与形式调查,确定了一种组合式护栏的基本结构形式,采用基于有限元理论的计算机仿真方法对护栏结构进行了多次优化设计,并通过实车足尺护栏碰撞试验验证了最终优化结构的防护性能。研究结果表明:该组合式护栏的结构能有效防护失控车辆的碰撞,防护能量可达到420 kJ以上,达到中国规范要求的SA级;试验证明采用计算机仿真方法获取的数据可靠有效。     

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求，分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点，建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型，提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法；在此基础上，制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法，并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究；基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果，确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案；建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型，评估并校核了车轴的疲劳强度；建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型，验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明:17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg，比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%；内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66，临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域；采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路，主要动力学性能指标优良；在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络，据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见，内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势，且高速适应性较好，在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。      

电动物流车蓄电池支架优化设计

创建组合工况,采用加速度加载的仿真方法,基于变密度法和“包裹面”方案对电动物流车蓄电池支架进行结构拓扑优化,并通过尺寸优化对支架进行轻量化设计,得到符合性能和轻量化要求的结构设计方案。仿真结果表明,优化后的蓄电池支架整体刚度提高了10.5%,总质量降低了29.2%.     

显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论，通过建立车辆碰撞的控制方程，在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散，得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题，并讨论了薄板单元的Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路，并对算例进行了数值模拟。结果表明，该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的，显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一，但是需要进行部分撞击试验，进一步修正模型后提高其分析精度。     

某越野车车架耐撞性仿真分析

依据C-NCAP中100%重叠正面冲击固定刚性壁障试验规定,应用HyperWorks软件建立某越野车车架正面碰撞仿真计算模型,并应用ANSYS/LS-DYNA软件进行求解计算。在此基础上,对某越野车车架进行耐撞性仿真研究,并从车架碰撞变形、碰撞加速度和碰撞速度等方面对仿真结果进行分析。结果表明,车架前部纵梁发生理想的纵向有序的褶皱变形,车架类S型梁的拐角部分发生弯曲变形,且碰撞加速度曲线和碰撞速度曲线并非理想,说明车架结构有改进空间。     

轻型汽车球笼式万向节设计

球笼式万向节作为轻型汽车中重要的传动部件,其设计合理与否将影响车辆的动力性和整车结构布置。本文结合所开发的某轻型汽车的传动系统结构,根据某轻型汽车传动系的结构布置,确定了等速万向节的结构参数与受力特点,应用Pro/E建立万向节关键结构的三维模型,利用有限元分析软件进行分析,验证设计结果准确合理。     

Structural Optimization of Hatch Cover Based on Bi-directional Evolutionary Structure Optimization and Surrogate Model Method

Weight reduction has attracted much attention among ship designers and ship owners. In the present work, based on an improved bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method and surrogate model method, we propose a hybrid optimization method for the structural design optimization of beam-plate structures, which covers three optimization levels: dimension optimization, topology optimization and section optimization. The objective of the proposed optimization method is to minimize the weight of design object under a group of constraints. The kernel optimization procedure (KOP) uses BESO to obtain the optimal topology from a ground structure. To deal with beam-plate structures, the traditional BESO method is improved by using cubic box as the unit cell instead of solid unit to construct periodic lattice structure. In the first optimization level, a series of ground structures are generated based on different dimensional parameter combinations, the KOP is performed to all the ground structures, the response surface model of optimal objective values and dimension parameters is created, and then the optimal dimension parameters can be obtained. In the second optimization level, the optimal topology is obtained by using the KOP according to the optimal dimension parameters. In the third optimization level, response surface method (RSM) is used to determine the section parameters. The proposed method is applied to a hatch cover structure design. The locations and shapes of all the structural members are determined from an oversized ground structure. The results show that the proposed method leads to a greater weight saving, compared with the original design and genetic algorithm (GA) based optimization results.     

基于RCAR试验的电动SUV低速保险杠耐撞性研究

为研究某款纯电动SUV保险杠在低速正面碰撞工况下的耐撞指标,提高其耐撞性能。首先依据RCAR保险杠低速碰撞试验及评价方法,建立某纯电动SUV正面全宽低速保险杠碰撞有限元模型;其次,从防撞梁、吸能盒的吸能和变形以及车体损坏情况等对仿真结果进行分析。结果表明,模型防撞梁强度不足,导致吸能盒未发挥低速吸能效果,风扇受到挤压。最后从防撞梁截面型式、材料,厚度3个影响防撞梁强度的因素出发,提出3种优化改进方案。研究表明,方案3防撞梁低速碰撞耐撞性最好,在满足轻量化要求的同时满足了RCAR测试的要求。     

钢-聚氨酯夹层结构耐撞性能分析研究

文章基于夹层结构的材料性能和力学理论,通过比较夹层板在碰撞仿真中的建模技术,探讨适合于夹层结构的建模方法。对夹层结构与普通钢板耐撞性能进行比较,研究其整体的耐撞性能。通过对钢-聚氨酯夹层结构的分析,研究整体结构的耐撞性,为研究钢-聚氨酯夹层结构的船体耐撞结构设计提供研究基础。     

防撞护栏破坏点控制方法研究

针对目前我国城区高速公路的快速发展问题,提出了扩建工程中中央分隔带护栏的破坏点控制方法,使护栏在遭受车辆碰撞时,构件破坏位置"可控",依据该方法研究了一种新型护栏结构型式。计算机仿真分析表明:该护栏结构型式满足城区高速公路对景观要求高、维修养护方便等方面的要求,其防撞等级可达到SB/SBm级。     

某校车侧翻安全性仿真与结构改进设计研究

依据GB/T17578《客车上部结构强度的规定》要求进行分析参数设定与生存空间定义,应用HyperWorks软件建立某校车动态侧翻碰撞仿真计算模型,并应用ANSYS/LS-DYNA软件进行求解计算。依据仿真结果,评价某校车上部结构的变形及其侵入乘员生存空间的状况是否符合标准规定。在此基础上,提出几种结构改进建议,同时考虑地面与车体之间摩擦系数的影响,对各种改进结构的效果进行比较分析,研究结果对客车结构侧翻安全性的优化设计具有重要指导意义。     

Taurus轿车车门侧面碰撞有限元分析

汽车侧面碰撞法规对车门强度有明确的要求,车门作为车身的主要部件之一对汽车的侧面碰撞安全性有着重要的影响。以非线性有限元理论为基础,在Hypermesh中建立了Taurus轿车车门有限元模型,参考侧面碰撞法规对车门进行侧面碰撞模拟分析。并对车门结构进行改进,探讨了相应的轿车侧面碰撞安全性改进措施,通过对研究方案的对比分析,在一定程度上改善了车门的抗侧碰性能。     

某四层砌体结构预制板教学楼振动台缩尺模型试验设计

由于砌体结构墙体中的竖向压应力对结构的强度和刚度都有一定的影响,因此其振动台缩尺模型设计与高层建筑的缩尺模型设计不尽相同,有着其独自的特点。以体外预应力加固砌体结构振动台模型对比试验为背案介绍了某四层砌体结构预制板教学楼缩尺模型设计的全过程,包括模型材料选取,模型相似关系的确定、模型保护措施的设计以及附加质量的确定,对其中存在的问题进行了讨论,所提供的砌体结构缩尺模型设计思路能为今后的相关试验工作提供一定的参考。     

基于LS-DYNA的汽车前纵梁碰撞性能仿真研究

立足于乘员的安全保护,前纵梁是保证汽车具有良好的正面碰撞性能的重要部件。利用HyperMesh和LS-DYNA软件,对长安微型车的前纵梁的正面碰撞进行了仿真模拟,在此基础上对前纵梁的结构进了优化设计,比较了改进前、后前纵梁的吸能特性。仿真结果表明:改进后的前纵梁的碰撞特性得到了加强,从而为进一步提高整车耐撞性能提供一定的参考。