激光增材制造吸能结构研究进展

激光增材制造通常被称为激光3D打印,它是20世纪80年代发展起来的快速成型技术(Rapid Prototyping,RP),可以直接将复杂的3D Computer Aided Design (CAD)结构模型加工成实际物体。激光增材制造技术的出现为开发复杂几何图形提供了一个平台,并在原产品的设计空间内降低了产品的成本和生产时间。吸能材料和结构,主要依靠在碰撞中快速地吸收撞击能量,减少撞击物的撞击加速度,最大限度地降低被撞物的伤害。近年来,新型吸能结构材料和功能材料层出不穷,同时由于增材制造技术自身的低成本、生产周期短、可制造精密复杂结构的特性,两者得到了完美的结合。由于吸能结构在众多研究领域中得到广泛的关注,几乎所有的主要行业都在享受着吸能结构所带来的好处。因此,本文旨在对吸能结构的各种晶格形态、设计和增材制造技术进行全面综述。此外,本文还介绍了该结构的优越性能、应用和面临的挑战。     

柴油发动机活塞静强度分析

针对铁路运输向高速重载方向发展对机车发动机性能要求不断提高的问题,为确保柴油发动机工作的可靠性,对其活塞进行静强度分析.用HyperMesh建立某柴油发动机活塞的三维有限元模型,利用ANSYS对其进行有限元分析.综合考虑热负荷与机械负荷的耦合作用,确定活塞最大应力和最大应变分布的危险部位.分析结果可以为铁路机车柴油发动机活塞设计提供参考.     

Kevlar短纤维增韧碳纤维/铝蜂窝夹芯板三点弯曲与面内压缩性能

介绍了碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的Kevlar短纤维界面增韧方法。通过三点弯曲实验和面内压缩实验,对比增韧试件与未增韧试件的载荷位移曲线、破坏模式等特征,发现未增韧试件往往先发生界面分层破坏,继而面板和芯体分别发生局部破坏;而增韧试件通常发生整体破坏。实验数据显示,Kevlar短纤维界面增韧可以使碳纤维/铝蜂窝夹芯板的抗弯强度、压缩强度、能量吸收等力学性能分别至少提高14.06%、55.80%和61.53%。对破坏后界面的SEM观测发现:增韧试件并未发生界面脱粘,而是由于芯体撕裂造成面/芯剥离,揭示了Kevlar短纤维的界面增韧机制。对具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元建模,并分别对其在三点弯曲和面内压缩载荷下的力学行为进行数值分析,以指导该类夹芯结构的分析与设计。     

某构件焊缝疲劳开裂的寿命预测方法应用对比

某轨道车辆的一个横向减振器座的焊缝在服役过程中出现了疲劳裂纹.?为了找到疲劳开裂的原因,在获得疲劳载荷谱的情况下,分别采用名义应力法、热点应力法以及结构应力法对开裂焊缝进行了疲劳寿命数值仿真计算.?数值仿真计算的结果表明,与名义应力和热点应力法相比较,结构应力法的计算结果最符合实际情况,且在焊缝应力集中的识别能力上,结...     

双面梯度多角薄壁结构的吸能特性

梯度厚度和多折角设计是提升薄壁结构吸能效率的两种有效策略,将这两种策略联合,提出了具有双面梯度厚度的多角薄壁结构(包括方管和非凸多角管),并对其在轴向冲击下的力学行特性进行了理论分析,推导了该结构的平均撞击力理论模型。基于显示非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该结构进行了仿真实验研究,且仿真实验结果与理论预测值有较好的一致性。实验结果表明:增加折角数和提升厚度梯度均可有效提升管件的吸能效率。作为梯度厚度策略与多角薄壁结构的联合,具有双面梯度厚度的非凸多角管相比传统均匀厚度的方管在比吸能上提高148%～205%,充分展现了这种联合策略在提升薄壁结构耐撞性方面的高效性。     

基于变环肋间距的碳纤维/环氧树脂复合材料格栅加筋截顶圆锥壳体稳定性

研究均布外压作用下具有非均匀特征的碳纤维/环氧树脂复合材料格栅加筋（AGS）圆锥壳体构型优化。首先,充分考虑复合材料格栅圆锥壳体中格栅非均匀分布造成结构小端材料利用不充分问题,提出变环肋铺设间距的优化分布方式,使格栅在截顶圆锥壳体结构上小端疏大端密。之后,基于考虑格栅非均匀分布及变环肋间距铺设特征的等效刚度模型,并采用最小势能原理得到环肋铺设优化后的AGS圆锥壳体临界载荷值解析式。针对典型锥壳的有限元验证表明解析算法的误差在1%左右,证实了本文提出的分析方法的可靠性和有效性。最后,通过对环肋间距优化圆锥壳体的参数分析,发现优化环肋分布方式可以使AGS锥壳结构的外压稳定性大幅上升。本文研究内容为碳纤维/环氧树脂复合材料AGS圆锥壳体的优化设计提供了一种具有较高承载力的构型,并为此类结构的计算提供了解析算法。     

基于等效结构应力的铝合金地铁车体疲劳寿命预测

为评估某铝合金地铁车辆的疲劳寿命,采用美国ASME标准中的网格不敏感的主S-N曲线法对该车焊缝进行疲劳寿命预测.用HyperMesh对车体进行有限元建模,并对焊缝处网格细化;用ANSYS计算焊缝处应力;运用自主开发的FE-Weld软件对其进行等效结构应力的计算和疲劳寿命的预测;对疲劳寿命不符合设计要求的结构进行改进和优化,改进后结构的疲劳寿命符合设计要求.网格不敏感的主S-N曲线法具有重要工程应用推广价值.     

地铁调试远程监控系统设计与应用

为了提高地铁调试效率、降低人力资源的浪费，提出基于远程监控系统的调试方案，该方案具备可移动监控作业、多人调试互不干扰、数据实时采集、对记录的关键参数进行分析等多重特点和功能，该系统已成功应用于某主机厂高铁列调、目前正稳步向地铁项目推进实施。     

客车车体碰撞吸能结构优化设计方法研究

为实现车辆吸能部件结构优化,提出一种将建模软件I-DEAS、碰撞软件ANSYS/LS-DYNA和多学科优化软件ISIGHT有机结合在一起的优化设计方法.将第一次成功碰撞仿真的ANSYS/LS-DYNA模型的批处理命令流从后台调到前台,再按照ISIGHT语义要求,在命令流文件中定义优化目标,设计变量及约束条件,然后采取遗传算法(GA)和序列二次规划算法(SQP)的组合优化方案,对吸能结构进行优化设计.以某地铁车车体为应用对象,给出该方法对地铁车车体吸能部件结构优化设计的全过程,获得了车体端部合理的吸能结构.     

基于主S-N曲线法的地铁制动箱焊接疲劳分析

为研究地铁车辆制动箱焊接接头的疲劳寿命,根据实际结构建立4节点壳单元有限元模型,给出搭接焊和T型焊的焊缝建模方法.在3种振动工况下,运用主S N曲线法计算焊缝的等效结构应力和对应损伤比.结果表明：该地铁车辆制动箱焊接结构设计合理可靠;通过与实体单元模型计算结果进行对比证明壳单元模拟焊缝的合理性;在不同尺寸单元下对比2种疲劳评估方法,结果表明名义应力法预测疲劳寿命的准确性较低.