仿真与实测多信息融合的机械结构外载荷反演技术

针对机械结构在复杂工况下载荷边界条件难以确定的问题,提出一种仿真与实测多信息融合的外载荷反演技术.首先建立待研究结构的有限元模型,在结构外载荷作用位置施加单位载荷,计算构件全场应变响应;然后基于D-最优设计原则得到应变测试的测点最佳布置方案和最优载荷系数矩阵,据此建立外载荷与应变间的动态响应关系;根据得到的测点布置方案...     

构件等效动态的强度试验

基于构件的动态冲击试验和相应的静态试验,以动静态试验的响应近似等效为原则,提出了以静态试验代替动态试验的等效动态强度试验方法。以两端固支圆管构件为例,首先对构件进行动态冲击试验和相应的静态试验,并建立相应的有限元分析模型;基于试验数据,修正相关的有限元仿真模型;通过正交试验设计,基于动静态试验的响应近似等效原则,提出了动静态试验输入之间的关系模型;并通过追加试验,分析了用静态试验强度预测动态冲击试验强度的误差。提出的方法可对承受动态冲击载荷的构件在初步设计阶段,利用简单的静态试验强度快速判断设计方案是否满足动态冲击设计要求。     

基于贴体网格的高分辨率三维结构拓扑优化研究

针对高分辨率三维结构拓扑优化中计算成本高的问题,提出一种基于水平集方法融合自适应贴体网格的拓扑优化并行计算新框架。通过水平集函数零等值面,清晰描述优化结果边界,实现了“所见即所得”的拓扑优化设计结果;并在每一迭代步中基于该等值面进行网格重构,加密边界周围网格,稀疏其余区域内网格,从而大幅减少了网格数量,有效降低计算成本;在计算过程中通过对网格进行分割,并指派给不同的CPU进行计算,实现并行计算,可以有效处理大规模计算问题。该框架基于开源软件FreeFEM,Mmg和PETSc进行开发,以经典的刚度问题为例,在工作站平台上,求解网格规模达380万的数值算例,验证该方法的高效性。     

双材料自由阻尼层结构拓扑优化设计方法

目的 在不减小板壳结构动刚度的前提下有效提高板壳结构的抗振性能,提出一种板壳阻尼复合结构拓扑优化设计.方法 以结构模态阻尼比为目标函数,以某阶固有频率不小于设定值为约束条件,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度表达式,采用SIMP插值函数和移动渐近线法求解优化数学模型.结果 研究表明,文中提出的双材料阻尼层结构相比传统单材料阻尼层结构的振动响应明显减小,同时适当改变设计目标和约束条件,可满足不同的工程应用需要.结论 通过在宏观上对高刚度低阻尼材料和低刚度高阻尼材料的分布进行了设计,优化后的结构兼顾低刚度高阻尼材料的高阻尼特性和高刚度低阻尼材料的高刚度特性,实现了结构高刚度高阻尼的设计.     

汽车碰撞冲击脉冲波形数学建模

对汽车碰撞过程中,加速度冲击脉冲问题进行了研究。为解决汽车碰撞中冲击能量和复杂冲击加速度曲线难以表达的问题,文章通过对汽车碰撞冲击脉冲的时域与频域分析,提出一种构造复杂冲击加速度曲线的方法,建立了相关数学模型,并给出了构造生成的加速度冲击脉冲与实际碰撞加速度冲击脉冲波形精度评估公式。经实验证明:该方法能够从能量的角度来分析冲击加速度时域与频域上的参数,对比碰撞的冲击能量大小,便于仿真分析,也能够评价碰撞的冲击过程与特征。该方法为汽车实际碰撞的冲击加速度曲线的产生与控制,以及汽车碰撞有限元仿真分析提供了很好参考价值。     

基于多工况的汽车座椅骨架轻量化设计

安全带静态拉伸工况以及行李箱动态碰撞工况是汽车座椅安全法规中的2个重要工况。在满足安全法规要求的前提下,为实现汽车座椅的轻量化设计,提出了一种基于多工况的座椅骨架轻量化设计方法。以汽车座椅安全法规为设计准则,以座椅骨架质量最小为设计目标,综合考虑静、动态工况,对座椅骨架关键构件的尺寸进行优化设计。首先,建立座椅骨架的有限元模型,并以座椅骨架的质量为响应进行灵敏度分析,确定座椅骨架关键构件尺寸优化的设计变量;然后,建立座椅骨架关键构件尺寸优化的数学模型,实现座椅骨架的轻量化设计;最后,对优化后的座椅进行静、动态工况下的有限元仿真分析和试验研究,以验证优化结果的正确性。结果表明,相较于原座椅,优化后的座椅在满足安全法规要求的前提下减重7.89%,验证了所提出的轻量化设计方法的有效性。研究结果可为汽车座椅的安全性分析和轻量化设计提供参考,具有重要的工程实用价值。     

汽车碰撞中座椅转角数学建模

对汽车碰撞过程中,座椅产生的转角与能量问题进行分析与研究。为解决汽车被动安全中座椅转角难以预知的问题,通过对汽车碰撞时能量的传递与转移进行分析,提出一种预测座椅最大转角的方法,建立了相关数学模型,并以此模型的结果与FEA实验进行对比分析,证明了其可行性与正确性。该方法为研究汽车碰撞中座椅最大转角提供了一种预测手段,也为提高座椅被动安全的研究增加了一定的理论依据。     

简谐激励下阻尼复合结构多尺度拓扑优化设计

目的 为得到抗振性能良好的板壳结构,保证设备的正常工作,文中提出一种板壳阻尼复合结构多尺度优化设计方法。方法 以动柔度为目标,建立频域激励下和固定频率点激励下板壳阻尼复合结构中阻尼材料宏观分布和微结构协同设计的多尺度问题的数学模型,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度,并基于移动渐近线法求解优化数学模型。结果 所提多尺度设计方法可以有效获得板壳结构最优阻尼材料宏观布局和最优阻尼复合材料微结构构型,提高了结构的动力学性能,同时结果也表明涂敷阻尼复合材料结构的振动响应相较于仅涂敷单一阻尼材料的振动响应大幅减小。结论 研究表明,不同激励频率下阻尼材料的宏观分布形态不同,阻尼材料主要分布于结构模态振型位移的最大处和支撑端,通过加强结构的刚度,抑制了结构变形,减小了振动响应。微结构构型基本类似,其基本形态都是低刚度、高阻尼材料呈条状分布,条状分布的阻尼复合材料微结构在受弯方向上的刚度较大,可以有效抵制结构的弯曲变形。     

汽车座椅骨架构件布局设计方法

传统的汽车座椅骨架构件布局依靠经验设计,不仅设计效率低,而且得不到性价比最优的结构.以某轿车后排座椅板管结构骨架为研究对象,基于结构拓扑优化设计技术,提出了座椅骨架构件布局设计方法.首先,根据骨架外观形状及尺寸要求,确定设计区域,并根据实际的安全带加载工况,建立设计模型;然后,以结构静刚度最大为优化目标,采用变密度法对结构进行拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果,提出2种不同的布局方案;最后,根据有限元分析结果确定最终的设计方案,并对优化设计结果进行行李箱后撞的安全性分析.研究结果表明,在骨架质量下降1.92%的情况下,整体静态刚度提高19.0%,并满足动态碰撞的安全性要求.采用所提出的设计方法,可以得到最优座椅骨架构件布局结构.     

实测数据与理论模型驱动的Adams-EDEM耦合仿真挖掘阻力研究

面向矿山机械智能化环境下设备性能优化的需求，建立了具有广泛适用性的挖掘机挖掘阻力求解模型，使其同时具备高效性和准确性。基于达朗贝尔原理建立挖掘阻力理论方程并求解，利用动力学仿真验证其准确性。以理论结果标定出精确土壤参数，通过Adams-EDEM耦合驱动构建仿真模型，得到挖掘阻力精确解，并用实测应力数据验证该方法的精度。此外，还分析了不同土壤参数对仿真挖掘阻力的影响。结果表明，与传统的理论方程相比，建立的求解模型在精度和计算效率方面具有优势；以理论模型输出的挖掘阻力作为标准修正仿真土壤模型，修正后仿真模型输出的应力与实测应力吻合，验证了所提出方法的准确性；为复杂土壤的参数标定及精确土壤模型的建立提供了重要依据。