复合材料雷达罩耐鸟撞和电磁性能综合优化设计

对蜂窝夹芯复合材料雷达罩进行耐鸟撞优化设计以及耐鸟撞和电磁性能综合优化设计,优化设计变量是雷达罩分段后的总厚度和比例等,耐撞性优化目标是最大限度的减小雷达罩的损伤面积和保护雷达罩内的设备安全,体现在数值计算中减小雷达罩的失效单元数和鸟体的剩余动能;耐鸟撞和电磁性能的综合优化目标除满足以上目标外,也要求使电磁参数指标达到最优。优化软件中集成了显式动力分析软件LS-DYNA和电磁分析软件FEKO,采用了适合于复合材料壳单元冲击损伤的Chang-Chang模型。某算例的优化结果表明：合理的优化设置可以实现蜂窝夹芯复合材料雷达罩的耐鸟撞和电磁性能优化要求,并提高工程设计效率。     

复合材料加筋壁板鸟撞动响应分析

考虑复合材料蜂窝夹芯结构的冲击损伤,采用接触碰撞耦合方法研究了复合材料加筋壁板的抗鸟撞性能。鸟撞方式包括垂直冲击和斜冲击两种,复合材料的冲击损伤模型采用Chang-Chang模型,分析了三种鸟撞速度下鸟撞性能参数如复合材料壁板的失效单元数、鸟体剩余动能和筋条的变形,以及复合材料壁板和筋条在某一鸟撞速度下应力随筋条数的变化规律。计算结果表明：垂直冲击和斜冲击下复合材料加筋壁板的抗鸟撞性能不同,并非筋条越多越有利于改善抗鸟撞性能,筋条有时还可能起反作用。     

植物纤维餐具碗在运输包装环境抗冲击行为有限元分析

为分析运输环境中可降解餐具碗在发泡聚苯乙烯缓冲下的冲击性能,并为此类产品的破坏模式给予评估,利用ABAQUS/Explicit建立碗与发泡聚苯乙烯在跌落冲击下的有限元模型。引入失效准则及单元删除研究餐具碗破损规律,分析跌落速度对碗的影响规律,并与无缓冲包装碗的跌落进行对比。分析碗叠合在缓冲泡沫作用下的冲击响应。结果表明,泡沫缓冲对冲击结果影响较大,可有效避免碗的破损。     

产品跌落冲击耐撞性能稳健设计研究进展

跌落冲击是物体在短时间内受到强大冲击力而运动状态发生急剧变化的现象,是导致产品特别是小型机电产品外表破损、功能失效的主要原因。近年来,国内外研究学者针对如何提高产品抗跌落冲击的本质耐撞性能进行了大量研究。笔者从研究对象、研究方法等角度,系统总结了产品跌落冲击耐撞性和产品耐撞性能稳健设计的研究现状,归纳了有待进一步研究的问题。     

板级跌落冲击载荷下无铅焊点形状对BGA封装可靠性的影响

焊点高度和焊盘尺寸相同情况下,分析焊点形状（桶形、柱形、沙漏形）对BGA封装在板级跌落冲击载荷下可靠性的影响。根据不同焊点形状建立3种3D有限元模型,采用Input-G方法将加速度曲线作为数值模型的载荷输入,对BGA封装件在板级跌落冲击载荷下的可靠性进行分析。结果表明：在跌落冲击过程中,在0.1ms左右PCB板出现最大弯曲变形;焊点形状对BGA封装件在跌落冲击过程中的可靠性有较大的影响;以最大剥离应力作为失效准则对三种焊点进行寿命预测, 沙漏形焊点的平均碰撞寿命值最大,其次是柱形焊点,桶形焊点最小,表明沙漏形焊点在跌落测试中表现出较好的抗跌落碰撞性能。     

泡沫填充多边形单锥管与双锥管斜向加载下耐撞性分析

锥形泡沫填充结构结合了泡沫填充结构与锥形结构的优势,具有优异的吸能性和抵抗失稳变形的能力。研究了具有不同横截面的泡沫填充多边形单锥管(FSPTTs)与泡沫填充多边形双锥管(FBPTTs)在四种冲击角度下的耐撞性。采用多准则评估方法(COPRAS)对不同横截面的泡沫填充单锥管与泡沫填充双锥管的综合耐撞性进行了评估。评估表明:综合考虑多种冲击角度时,圆形截面泡沫填充单锥管较其他截面泡沫填充单锥管具有更好的耐撞性;圆形截面泡沫填充双锥管较其他截面泡沫填充双锥管具有更好的耐撞性。最后,针对圆形截面泡沫填充单锥管与圆形截面泡沫填充双锥管,以最大比吸能和最小峰值力为目标,采用非支配遗传算法对这两种结构在四种冲击角度下进行了多目标优化。结果表明:当冲击角度从0°变化到10°时,两种结构的Pareto曲线变化不大,而当冲击角度从10°变化到30°时,冲击角度对Pareto曲线形状和位置有显著影响;在冲击角度为0°和10°时,圆形截面泡沫填充双锥管的耐撞性优于圆形截面泡沫填充单锥管,而在冲击角度为20°和30°时,圆形截面泡沫填充单锥管的耐撞性优于圆形截面泡沫填充双锥管。实际应用中,可以根据工程需要选择合适的结构。     

一种薄壁吸能结构的设计优化

研究了一种薄壁结构在耐撞指标下的轴向冲击吸能特性。采用非线性有限元软件ABAQUS对结构的冲击过程进行仿真,并结合径向基函数法(RBF),根据耐撞性指标优化了这种吸能结构的截面,得到了较为理想的结构形式。数值结果表明采用该方法可以精确地确定优化参数,使结构比吸能(Es)得到明显提高。     

碰撞条件下碳纤维增强复合材料（CFRP）加固自升式平台桩腿的性能分析

老龄化海洋平台在与船舶碰撞的碰撞事故作用下,会导致桩腿的变形,降低其承载性能。为了降低碰撞对桩腿受力性能的影响,提高桩腿的耐撞性能,提出了利用吸能能力较强的高强碳纤维增强复合材料（CFRP）加固平台桩腿局部损伤的方法。以某自升式海洋平台的桩腿为例,利用有限元法建立简化的碰撞模型,通过在局部损伤部位粘贴CFRP材料来提高桩腿的耐撞性能,验证CFRP加固方法提高其耐撞性能的有效性。研究表明,相同的碰撞条件下,在加固前碰撞力使桩腿产生了接近屈服强度的应力;在粘贴2层CFRP布后,桩腿吸收的能量下降56.8%,极值应力下降了8.66%。在粘贴CFRP板后,桩腿吸收的能量下降70.68%,桩腿的极值应力下降55.84%。随着CFRP厚度的增加其吸能的能力越强,桩腿的耐撞性能越好,提高了桩腿的受力性能。     

钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能研究

传统结构构件设计较少考虑碰撞效应,因此有可能因碰撞荷载而引起严重的冲击破坏。鉴于此,在前期提出的刚柔复合防护结构体系的基础上,针对钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能进行了分析研究。在数值模拟的过程中,分别考虑了无防护、刚性防护、柔性防护和刚柔复合防护四种不同的措施以及两端固支、两端铰支和一端固支一端铰支三种不同的梁端约束形式。通过观测钢筋混凝土梁的应变、位移、加速度和冲击力等参数,可评价相应的抗撞效果。数值结果表明,提议的复合防护体系效果最好,可以有效抑制受撞构件的冲击响应;同时,构件约束形式对抗撞性能的影响也是不容忽视的。     

疲劳振动效应对瓦楞纸板承载能力与缓冲性能的影响

瓦楞纸板作为产品运输包装的承载与缓冲基础材料,其使用过程中的性能保持性至关重要。运输振动将引起纸板疲劳破损,导致其相应性能的变化。对单瓦楞纸板进行加速度为0.5－2.0g、振动频率为20Hz的疲劳振动试验;进行瓦楞纸板的准静态压缩、跌落冲击试验,测定其承载能力与冲击加速度。结果表明,随着振动次数、振动强度的增加,纸板的承载能力、剩余屈服应力显著降低,缓冲性能下降。在此基础上,基于瓦楞纸板冲击试验数据,分析不同振动次数对瓦楞纸板的冲击最大加速度和缓冲系数的影响,获得了瓦楞纸板冲击最大加速度—静应力—振动次数、缓冲系数—最大应力—振动次数三维关系。研究表明瓦楞纸板存在疲劳破坏效应,研究结果为瓦楞纸板的疲劳缓冲包装设计提供技术依据     

移动硬盘磁头驱动臂的模态分析与脉冲响应

磁头驱动臂组件是硬盘驱动器内重要的机械部件，其冲击载荷下的动态响应是影响硬盘驱动器抗振性能好坏的主要指标。本文以2.5英寸移动硬盘驱动器组件为研究对象，在考虑枢轴轴承刚度影响的基础上，建立了驱动臂组件的三维有限元模型，分析了其各阶振动模态，并讨论了脉冲波形、脉冲幅值、脉冲宽度对磁头驱动臂组件动态响应的影响。     

激光测振方法在笔记本电脑振动实验中的应用

振动特性的测量和分析是鉴别相关部件工作可靠性的重要手段。常用的测振技术是接触式测量,但这种测试方法对于轻薄结构存在质量和刚度的附加问题,影响测量结果的准确性。笔记本电脑结构复杂、质量轻,宜采用非接触式测量。采用激光测振方法,首先对笔记本电脑结构进行实验模态分析。对于一台笔记本电脑来说,可能引起硬盘工作不稳定的部件包括扬声器、风扇、光驱、键盘等。改变输入条件,考察影响较为显著的扬声器和风扇两个部件与硬盘之间的影响关系与笔记本电脑结构振动分布情况,为结构布局的优化提供依据。     

一种降低微结构瞬态响应的方法

研究了机械结构的动力学快速减振方法。以硬盘读写头动臂为例，分析了其受驱动力激振后的瞬态响应。在其指导下，选择了作用力的作用时间和波形：该作用力的作用时间T应为机械结构一阶固有频率对应周期的2倍，且为关于T／2奇对称的单周期波形。通过实验，证明了这样的作用力可以有效减小系统的残余振动，实现快速减振。此方法可以引申到一般应用场合。     

车载信息记录仪硬盘减振缓冲的研究

在车载环境下,冲击和振动会对工作中的硬盘造成传输中断甚至损坏。采用抗冲击振动性能强的硬盘以及合理的减振装置可以使设备稳定地工作。文中通过实验测试出某型号硬盘开启主动保护的激振频率的范围,针对实验数据及车载情况选用钢丝绳减振器,通过简化的动力学模型,确定了减振器型号以及隔振效率,并采用合理的安装方式,设计出结构简单,适应性强的硬盘隔振系统。     

Readout characteristics of a near-field optical probe as a data-storage readout device: submicrometer scan height and resolution

A photodiode-embedded near-field scanning microscope cantilever (photocantilever) was used to scan in a noncontact, constant-height mode at a range common in hard disk drives to examine its readout capabilities when mounted on a flying-slider head. The intensity ratios of spatial frequencies that compose the obtained near-field image were analyzed by use of the fast Fourier transform. A simplified model was developed as a guiding principle for estimating the readout characteristics of the near-field optical probe in the above-proximity scan-height range.     

新颖圆形多胞复合填充结构的耐撞性

提出一种新颖的圆形多胞复合填充结构,该结构采用蜂窝和泡沫两类材料的交错复合填充。采用实验验证与数值研究相结合的方法,系统地研究了蜂窝和泡沫材料在全填充、部分填充及交互填充结构中的耐撞性。研究结果表明,针对单一材料填充的多胞圆管,部分填充结构比全填充结构具有更好的耐撞性能,其中,环形蜂窝填充结构（H40）和中心泡沫填充结构（F01）具有更优异的能量吸收特性。针对双材料复合填充的多胞圆管,则是中心泡沫填充与环形蜂窝填充的复合结构（F01H40）具有最佳的耐撞吸能性。最后,进一步结合Kriging近似技术与粒子群数值优化方法,对复合填充结构进行多目标优化设计,探索其最优耐撞性与最优参数匹配。结果表明,环形蜂窝部分填充结构（H40）、中心泡沫填充与环形蜂窝填充的复合全填充结构（F01H40）具有最优的耐撞性能。     

汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化

基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。     

基于用户体验的老年人移动交互界面设计研究

为解决老年人医疗软件交互界面用户体验满意度较低、操作效率不高等问题，提出一种以用户为中心的老年人医疗移动交互界面开发方法来优化用户体验。首先采用焦点小组法对老年人医疗交互界面的主要设计要素展开分析，并通过正交实验，明确实验所需的交互界面设计方案，运用因子分析获取用户评价指标中的关键项目，并架构评价层级体系，通过联合分析获取医疗移动交互界面各设计要素及其类型的效用值，得出老年用户对医疗移动APP交互界面设计要素的偏好，并获取最优设计要素，从而制定相应的设计策略。依据老年人对用户体验各设计指标的诉求偏好，有效地对老年人医疗APP的用户体验进行优化，并设计出界面交互原型，进而为设计师开发出符合老年人用户体验的APP提供参考。     

Effect of Hierarchical Geometries Matching on the Crashworthiness of Honeycomb

Structural hierarchy has become a popular technique to improve the crashworthiness of engineering structures. A study is conducted to explore the interaction between hierarchical geometries and determine the optimum honeycomb configuration that improves crashworthiness. Nine distinct second-order vertex-based hierarchical honeycombs are constructed by iteratively replacing the vertices of a square-based honeycomb with squares, circles, and octagons. Validated finite element models are then established to investigate the out-of-plane crashworthiness performance. Subsequently, the effect of the hierarchical geometry combinations and cell length ratios on the crashworthiness performance of the nine honeycombs is studied. The study showed that the second-order hierarchical honeycomb exhibited superior crashworthiness performance under the same relative density compared to the regular and first-order hierarchical square honeycombs. The study determined that the circle is a suitable matching geometry in the first- and second-order hierarchies for improving the crashworthiness of a square-based honeycomb. Using Complex Proportional Assessment, the Square-Circle-Circle ranked as the optimum structure for crashworthiness application.