机械系统接触碰撞界面显式计算的算法综述

接触碰撞界面的计算是机械系统CAE动态分析的关键技术之一,高效、精确、可靠的接触算法,包括接触搜寻算法和接触力算法,是接触碰撞界面计算的核心部分.结合机械系统的动态显式有限元计算,描述接触碰撞界面模型;重点探讨并对比接触碰撞界面计算中常用的计算模型和接触算法,指出其各自的优缺点;给出机械系统的动态显式有限元计算的一般流...     

基于虚拟试验场技术的汽车侧面碰撞仿真分析

以显式动态有限元理论为基础,基于虚拟试验场(VPG)技术,对汽车侧面碰撞进行计算机仿真研究.在VPG环境下,对整车CAD模型划分了单元网格,定义了单元类型和材料参数,创建了焊点、接触和约束.参照ECE R95安全法规,加载移动壁障车模型,并设置碰撞初始条件.调用显示动态有限元软件LS-DYNA对仿真模型进行计算求解,得到汽车碰撞过程中应力分布和车身变形云图,以及碰撞能量和加速度曲线.通过仿真可预测出汽车碰撞的安全性能,从而为汽车质量的评价提供了依据.     

混合碰撞建模方法及其试验验证

目前广泛采用的接触碰撞建模方法主要基于传统的物理碰撞模型,如赫兹碰撞模型和非线性弹簧阻尼碰撞模型等,但它们的仿真精度不够高,更适用于接触碰撞趋势的仿真分析.基于此,提出了基于传统物理碰撞模型和数据驱动误差模型的混合碰撞建模方法,以更加准确地对接触碰撞现象进行动力学仿真分析.其中,物理碰撞模型对接触碰撞现象中已知的碰撞因...     

火炮方向机含间隙接触动力学仿真分析

针对火炮发射动力学仿真中方向机输出齿轮含间隙接触模型计算困难的问题,应用有限元计算方法对其进行了求解并应用停止间射击动力学仿真与实验进行了验证。首先建立方向机输出齿轮与炮塔座圈齿轮单自由度模型,定义接触力公式,应用有限元方法对一定初始载荷下的输出齿轮与炮塔座圈齿轮接触压力、渗透量等接触特性进行了计算,并基于contact接触碰撞力计算公式对接触刚度系数进行了求解,最后应用ADAMS软件对停止间射击过程中的接触响应进行了动力学仿真分析,并基于实弹射击动态参数实验对仿真模型进行了验证。分析结果可为方向机结构设计与校核提供指导,并为火炮射击精度分析提供理论依据。     

运动体碰撞动力学过程的数值仿真分析

基于显示动力学和接触碰撞分析的基本理论,采用有限元方法建立了加速装置的碰撞模型,对整个碰撞过程进行了仿真分析,得到了运动体碰撞失效的时序结果及其速度变化曲线,以及经受冲击载荷作用的挡板受力状况。为分析加速装置碰撞动力学过程建立了有效的研究方法和可行技术手段,并为后续的加速装置实验设计、优化设计提供了客观依据。     

基于人体损伤特征的车—人碰撞事故再现模拟与分析

分析车—人碰撞事故中两类行人数值模型的特点,多刚体行人数值模型建模简单,计算速度快,有限元行人数值模型计算精度高,可以对人体局部损伤给出精确的力学分析。结合上述两类模型的特点,提出面向事故中人体损伤特征的组合式模块化行人假人数值模型构建方法,并以车—人碰撞事故中常见的下肢损伤为例,建立多刚体—有限元耦合接触的人体下肢模型,对此模型进行合理性验证。应用上述两类模型,对一起典型的车—人碰撞事故进行分析,通过多刚体模型对车辆速度进行判断,利用多刚体—有限元耦合的人体下肢模型对事故中的下肢损伤进行数值分析。数值模拟结果表明基于人体损伤特征的行人建模方法可以在事故再现中达到计算精度和效率两方面的平衡。     

滚珠丝杠副中滚珠与返向器的碰撞研究

根据赫兹接触模型和经典碰撞理论,并考虑返向器与螺母的固连关系,建立了滚珠与返向器碰撞接触的力学模型,导出了碰撞力公式,并在考虑弹性恢复系数的基础上推导出了碰撞接触时间公式。设计专门的试验装置对碰撞接触的时间进行了测试,测试结果表明,新建立的模型比现有文献的模型更符合实际情况。在试验的基础上,利用数值模拟方法分析了碰撞角度、结构参数和材料参数等因素对碰撞力的影响。     

滚珠丝杠副中滚珠与返向器的碰撞研究

根据赫兹接触模型和经典碰撞理论,并考虑返向器与螺母的固连关系,建立了滚珠与返向器碰撞接触的力学模型,导出了碰撞力公式,并在考虑弹性恢复系数的基础上推导出了碰撞接触时间公式。设计专门的试验装置对碰撞接触的时间进行了测试,测试结果表明,新建立的模型比现有文献的模型更符合实际情况。在试验的基础上,利用数值模拟方法分析了碰撞角度、结构参数和材料参数等因素对碰撞力的影响。     

虚拟样机技术在行星轮系上的应用

利用SolidWorks结合Geartrax2008对行星轮精确建模,然后导入ADAMS中,建立行星轮传动系统动力学仿真模型,进行动力学分析,得出接触碰撞力等参数,然后对主要受力件利用ANSYS进行有限元分析。     

子午线轮胎的滚动瞬态碰撞有限元分析

考虑轮胎材料、几何及其与地面接触的非线性,借助ABAQUS软件建立了子午线轮胎滚动瞬态碰撞的三维有限元模型,并与轮胎径向刚度试验结果对比验证了该模型的有效性。对轮胎在标准气压,一定载荷的情况下轮胎与路面碰撞进行了模拟,分析了轮胎与路面碰撞的不同阶段接地压力、Mises应力、带束层帘线应力,纵向剪切应力的变化特征,以及轮胎垂直响应和转角速度变化情况。这些研究结果反应了轮胎的滚动碰撞对轮胎路面接触受力有很大影响,对改进轮胎的结构设计、轮胎接地瞬态受力分析及轮胎振动分析提供了一定的参考价值。     

基于有限元法和神经网络技术的汽车碰撞事故再现

为充分利用事故变形信息,提出采用有限元法和神经网络技术进行事故再现的方法.在该方法中,首先采用数字测量技术得到事故车辆变形关键点的测量值,采用有限元仿真技术得到此关键点的计算值.将事故发生前的车辆运动参数作为神经网络的输入数据,关键点变形量测量值与仿真计算值的偏差作为神经网络的输出数据,将汽车碰撞仿真结果作为网络训练样本,对训练完成的神经网络进行优化求解得到事故发生瞬间的车辆运动参数.应用此方法对一起车-障碍物碰撞事故案例进行再现分析,建立整车、障碍物及地面有限元模型,选取前纵梁及挡泥板上的11个定位孔与螺栓孔作为变形量测量的关键点,再现分析结果验证了该方法的有效性,为事故责任鉴定提供了科学依据.     

基于PAM-CRASH的铁路道口防撞护栏碰撞仿真

在详细分析汽车与防撞护栏碰撞基本变形的基础上,利用有限元法建立防撞护栏和汽车的模型,并运用PAM-CRASH对其进行仿真.该仿真从某种角度来说,降低了实验难度,但却达到了与实际实验同样的效果.     

摩擦对大型等通道转角压最大挤压载荷的影响

采用Deform-3D有限元软件对大型等通道转角压(Equal channel angular pressing,ECAP)进行动态计算仿真模拟,并进行试验研究,重点考察变形体与模具间摩擦因数和模具水平通道扩口直径对挤压载荷的影响。模拟结果表明,剪切摩擦模型适合用于ECAP变形仿真模拟计算,摩擦因数对大型ECAP的最大挤压载荷具有很大影响,随着摩擦因数的增加,最大挤压载荷急剧增加;摩擦因数μ=0.6(近似于铝和钢干摩擦)时的挤压载荷是摩擦因数为0时挤压载荷的5.1倍;增加出口通道扩口端的直径,当μ<0.6时,对最大挤压载荷几乎没有影响,而当μ>0.6时,可以明显降低最大载荷值,但也不是出口通道扩口直径越大其对应的挤压载荷就越小。试验研究表明,大型ECAP必须想办法降低摩擦才能实现批量化生产,试验和仿真的最大挤压载荷吻合。     

合金铸铁高速切削的有限元模型

提出了进行高速切削有限元模拟的过程,研究了刀屑间的摩擦和热传递等关键技术,通过高速压缩试验,获得了钼铬铸铁力学性能,建立了钼铬铸铁高速切削的有限元模型。在通过切削力试验对钼铬铸铁高速切削加工过程中的切削温度、应力分布和切屑的形成等进行了验证。分析结果表明该有限元模型可以用来进行钼铬铸铁的高速切削过程仿真,为进一步的研究提供了基础。     

客车正面碰撞仿真建模与分析

建立了某型客车车身骨架几何实体模型与碰撞有限元模型;基于著名的显式动力分析程序LS-DYNA,对其正面碰撞过程进行了求解分析;并在现有商业建模软件的基础上,讨论了碰撞仿真建模中的一些应用技术要点。     

约束对盘形制动摩擦噪声影响的有限元研究

建立了铁路车辆盘形制动装置的三维实体有限元模型，分别为该模型中的制动盘、闸片和夹钳等部件设置了不同的材料特性。利用线性弹簧力模拟制动摩擦面间的法向力，摩擦力取为线性弹簧力与摩擦因数的乘积。通过对系统有限元运动方程进行复特征值分析，根据复特征根实部为正值判断系统发生失稳的模态，这也是可能产生摩擦噪声的模态。仿真结果显示，系统的约束条件对摩擦噪声的形成有显著的影响。改变模型的约束条件，可以抑制制动系统的摩擦噪声发生趋势，说明通过优化设置约束条件来提高摩擦系统的运动稳定性从而抑制摩擦噪声的发生是可行的。     

Matrix-presentation linear least square error method of inverse elastic-plastic large deformation finite element model for upsetting

The main purpose of this paper is to develop the matrix presentation linear least square error method of inverse elastic-plastic large deformation finite element model for upsetting to obtain the friction coefficients during the upsetting process. This inverse model assumed the linear material and based on the modified experimental loading increments using the linear modified experimental upsetting loading standard proposed in this paper. Then the friction coefficients of contact boundary between the workpiece and the die at specific finite element analysis stages can be derived. Finally, using the cubic spline fitting, the history of friction coefficient during the upsetting process can be obtained. It is demonstrated that the workpiece profile of upsetting experiment is quite identical to the workpiece profile of simulation using the result obtained in this paper as the history of friction coefficient of contact boundary, and furthermore the distribution of stress and strain of the workpiece during upsetting process can be understood.     

一种用于汽车碰撞模拟的网格变量映射算法及其验证

在汽车碰撞模拟中,需要考虑零件冲压后的板料厚度变化、材料硬化以及残余应力对仿真结果的影响。由于冲压仿真后的零件仿真模型中网格变形大,单元尺寸小,并且总的单元数量多,冲压后的网格模型并不适合碰撞仿真。在有限元仿真结果分析基础上,提出一种把冲压仿真模型网格变量(如应力、应变和厚度分布)映射到碰撞仿真模型网格上的变量映射算法,并开发计算程序。通过比较采用不同网格的汽车B柱冲击仿真模型的计算结果,验证上面的算法。该算法解决了网格重划后其变量的映射问题,可以减少网格重划工作,为在汽车碰撞仿真中考虑冲压效应提供一种有效的方法。     

某微型客车保险杠低速碰撞有限元分析

以某微型客车的前保险杠为研究对象,利用CATIA软件建立前保险杠几何模型,然后采用Hy-permesh作为前处理器建立有限元模型,运用LS-DYNA有限元求解器的显示算法对模型进行求解计算。在Hypermesh中通过对整个碰撞过程中内能的吸收以及碰撞力的时间历程曲线的分析,提出两种改进方案。与原始设计相比,最终的改进方案使得总体内能增加了26．85％,碰撞力减少了8．23％,取得较满意的改进结果,为该微型车低速防撞结构的设计提供了参考。