双层分级吸能结构优化设计

为提高汽车的安全性,确保在增加结构吸能量的同时又不增大碰撞峰值力,引入分级吸能的设计思想,提出一种新型的吸能结构,采用显示有限元软件对该分级吸能结构进行动态轴向压缩模拟。同时,以结构的壁厚及宽度为设计变量,采用响应面法,并结合正交试验设计进行优化,优化过程中建立了结构的比吸能和初始碰撞峰值力的多目标优化标函数,采用权重法求得该分级吸能结构的壁厚和宽度的最优解。       

铝合金保险杠吸能盒碰撞吸能特性

为了改进某轿车保险杠的吸能特性,同时实现保险杠轻量化设计,建立吸能盒有限元模型,基于LS-DYNA软件进行了碰撞仿真。对5种不同截面形状的单腔铝合金吸能盒和4种多腔铝合金吸能盒的吸能特性进行了对比分析,探讨了壁厚对碰撞吸能特性的影响。研究表明:在5种单腔结构中,八边形截面形状吸能盒吸能特性最好;多腔结构吸能盒的吸能特性比单腔结构显著提高;在一定范围内增加吸能盒壁厚,吸能量和比吸能均显著增加。     

Yoshimura折纸管轴向压溃吸能特性分析

针对圆形薄壁吸能管存在初始峰值力大、载荷波动剧烈,多边形薄壁吸能管存在吸收能量少的缺陷,设计了一种Yoshimura构型的新型折纸管.首先对圆形直管、六边形直管以及Yoshimura折纸管进行建模,然后采用ABAQUS软件进行轴压作用下的有限元数值模拟,最后从应力云图、压溃载荷-位移曲线及4个吸能指标等方面进行吸能特性...     

基于低速碰撞试验的吸能支架拓扑优化设计

介绍了拓扑优化方法的基础理论知识,提出吸能支架的等效模型及理论计算方法。借助Optistruct软件,对保险杠吸能支架进行拓扑优化,设计出合理的吸能支架截面形状,解决了吸能支架在碰撞力作用下向外弯曲偏移的问题。通过低速碰撞试验证明了结构设计的合理性。     

轨道卧铺客车碰撞吸能特性研究

根据耐碰撞车体结构原理设计出具有吸能效果的耐碰撞性车体,进行了车体结构一、二位车端撞击刚性墙仿真研究,结果表明,该车体中车端结构产生塑性大变形,客室结构无塑性变形,车体耐碰撞性明显得到改善,车体纵向刚度分布合理。建立了单节客车碰撞动力学模型,仿真研究车钩缓冲特性,结果表明,带有车钩及防爬吸能装置的车体结构具有较好的吸能特性,在防爬吸能元件压溃行程全部压缩后,车体端部产生塑性变形吸能碰撞能量,客室未发生塑性变形。     

组合蜂窝结构的面内压缩及吸能性能

针对一种新型组合蜂窝结构(SCCH)开展研究,该结构将方形管与圆形管进行组合,充分发挥了圆形管的吸能优势和方形管的变形优势。通过试验与有限元仿真,对比了SCCH结构与传统圆形蜂窝结构(CH)在面内压缩的力学性能和不同应变时的变形行为。结果表明,SCCH结构的总吸能为0.198 kJ、平均压缩力为5.50 kN、初始峰值压缩力为6.80 kN、比吸能值为6.22 kJ/kg,均优于CH结构。此外,SCCH结构的比吸能明显高于其他常见的蜂窝结构,具有优异力学性能和吸能性能的SCCH结构,可为设计具有高吸能能力的蜂窝结构提供有益借鉴和设计基础。     

地铁车辆吸能装置耐碰撞性分析

吸能装置是确保地铁列车具有良好耐碰撞性能的一种重要部件.为实现地铁车辆吸能装置的结构优化,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对不同厚度、不同横截面形状的薄壁结构碰撞性进行了仿真分析,分析结果表明,吸能装置的性能与其横截面的形状、壁厚的选择紧密相关.条件相同时,吸能装置的吸能能力与壁厚成正比,但壁厚增加时,界面力也随之增大,在吸能结构的设计中,需综合考虑.以地铁头车为研究对象,对安装了吸能装置的地铁头车进行了碰撞仿真,得到车体吸能装置碰撞过程变形情况和碰撞能量-时间历程,结果表明该结构吸能装置具有良好的吸能特性.     

汽车吸能盒结构优化模拟分析

采用LS-DYNA软件对汽车吸能盒进行了8种方案的准静态仿真研究.分析了不同诱导结构、不同材料的填充物对吸能盒的压溃模式、载荷变化和能量吸收情况的影响,并选出方案6为最优方案,可为汽车低速碰撞下吸能盒的设计提供参考.     

新型冷弯翼缘闭合构件力学性能研究

为进一步利用空翼缘梁截面形式开展,抗弯、扭刚度大的特点,并进一步优化冷弯薄壁型钢构件的截面形式,适当改变空翼缘梁的截面构成参数,提出2种新型冷弯翼缘闭合截面．采用非线性有限元方法分析新型截面构件在轴压、弯矩和压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能．分析表明：新型冷弯截面构件在承受轴压荷载时具有截...     

参数化诱导槽设计的吸能盒结构抗撞性多目标优化

针对车身前部抗撞部件吸能盒结构的常见的方形截面薄壁锥管,研究了其在低速冲击工况下的最佳抗撞性能模型优化。将压溃力效率及比吸能作为评价指标,建立加权组合形式的多目标优化模型。分析研究分布设置诱导槽对结构吸能与压溃力的影响,选择诱导槽设定的可行区域。以槽的个数、非均匀分布的槽间距离及槽的深度等作为优化参数,合理选取样本点后,分别应用三次多项式响应面法及径向基法构建其有效代理模型,并采用粒子群法进行优化设计,得出使结构最优的诱导槽位置分布及数量。仿真分析验证了本文方法的有效性。     

微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性分析

提出了应用车辆结构正面抗撞性的参数化模型进行微型客车概念设计的方法。分析了底部吸能结构的主要刚度参数的变化对乘员舱变形、车体减速度和底部吸能特性的影响,阐述了在概念设计阶段运用参数化模型控制底部吸能结构吸能特性及与乘员舱刚度参数的匹配,从而保证整车的正面抗撞性能。给出了微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性设计指标、设计过程与方法,实现了通过参数化模型来快速确定正面碰撞时车身各部分的吸能指标,从而为详细结构设计提供重要依据。     

薄壁直梁撞击时的变形及吸能特性

针对汽车碰撞中乘员的安全性,对碰撞的主要吸能件———汽车前纵梁的变形方式和特点进行了研究。以小红旗轿车纵梁前部的薄壁直梁为例,进行了建模和仿真,并与采用改进措施后的结果进行了对比。结果表明:模拟结果与实验结果相符,从而可以用来指导汽车的抗撞安全性优化设计。     

整车环境下商用车驾驶室模态刚度灵敏度

由于在整车环境下零部件之间存在复杂的耦合关系,大多数汽车零部件优化设计都局限于单个零部件设计。针对整车环境下汽车零部件的优化问题,引进了模态刚度的概念,定义了基于有限单元或单元组(超单元)的模态刚度灵敏度,推导了相应的计算方法。该方法已应用于整车环境下商用车驾驶室的模态刚度灵敏度分析。在计算中,建立了整车的三维有限元模型,并把驾驶室划分为15个超单元。所得的模态刚度灵敏度可直接用来改进驾驶室的结构设计。本文方法为在整车环境下汽车零部件的优化提供了简单有效方法。     

Structure realization method for collapse threshold of plastic deformation in train collision condition

To protect passengers, absorb enough kinetic energy and meet the special requirements for trains which are different from the other means of transportation, a method is presented to realize the plastic deformation threshold based on three main aspects of train connection structure, crashworthy vehicle structure, energy-absorbing component. In practical engineering, trains need enough strength and stiffness to transfer longitudinal force under the normal operation condition, and have to produce controllable large plastic deformation to absorb energy shortly under the collision condition. To realize the structural damage threshold of connecting structure in terminal end, two control methods are also proposed which can be divided as the parametric method based on ‘extrusion’ and ‘cutting’ theories; the method which can cut the connecting components between coupler-buffer devices and train bodies and separate them away when the damage thresholds of coupler-buffer devices are more than the pre-supposed damage thresholds. The damage thresholds can be realized based on changing the parameters of the number of shearing bolts, material parameters, etc. To realize the collision threshold of energy-absorbing components of trains, a control method is presented based on the ways of setting plastic deformation induced structure, local hole and pre-deformation structure. To realize the threshold of the controllable plastic structure of energy-absorbing vehicles, a control method is proposed for the multi-level longitudinal stiffness of train terminal structures.     

轴对称结构拓扑变化重分析的新方法

提出了轴对称结构的两种基本拓扑变化,并应用Moore-Penrose逆理论及单元刚度矩阵的一种分解,给出了轴对称结构拓扑变化公式。利用该公式提出了一种轴对称结构拓扑修改的重分析新方法。该方法在计算静力响应时,不需反复组装、求解线性方程组,一切只需经过结构拓扑变化来实现,节省了大量的计算时间。因此该方法是一种精确的方法,并且由于公式简单,容易上机,适于拓扑优化设计(特别是局部优化设计)的重分析。最后给出的算例证明了该方法的有效性。     

兼顾轻量化与吸能性的汽车前纵梁拼焊板设计与参数优化

为减轻车身质量,减少冲压模具数量和降低制造成本,采用拼焊板对某小车的主要吸能部件前纵梁进行了改进设计,并对各块差厚钢板的材料等级及厚度进行了正交试验优化.为保证整车正面碰撞中前纵梁的吸能性,将该梁在整车有限元模型中进行替换,并按照法规及C-NCAP要求进行了正面碰撞分析.结果表明:替换后其碰撞吸能量上升2%左右,B柱的一侧加速度峰值平均下降3%以上,但该零件的质量却降低了6%左右.     

兼顾轻量化与吸能性的汽车前纵梁拼焊板设计与参数优化

为减轻车身质量，减少冲压模具数量和降低制造成本，采用拼焊板对某小车的主要吸能部件前纵梁进行了改进设计，并对各块差厚钢板的材料等级及厚度进行了正交试验优化．为保证整车正面碰撞中前纵梁的吸能性，将该梁在整车有限元模型中进行替换，并按照法规及C-NCAP要求进行了正面碰撞分析．结果表明：替换后其碰撞吸能量上升2％左右，B柱的一侧加速度峰值平均下降3％以上，但该零件的质量却降低了6％左右．     

泡沫铝填充件对薄壁圆管结构压缩稳定性提高的研究

采用非线性有限元LS-DYNA软件仿真与试验两种方法,研究了泡沫铝填充件对薄壁圆管碰撞稳定性的改善.首先,根据碰撞力要求,设计选择了薄壁圆管及泡沫铝填充件各参数;通过样件试验与有限元仿真计算,两者获得了较为一致的结果,从而证实了设计的合理性及非线性有限元仿真的可行性.最后,把上述结果应用于列车被动安全装置防爬器的碰撞仿真中.     

基于混合元胞自动机的护栏防撞端头设计

为提高护栏防撞端头的防撞等级,结合正交试验设计思想,在建立长度不一的防撞端头吸能空腔的等效拓扑优化模型基础上对防撞端头进行设计。基于混合元胞自动机方法进行耐撞性拓扑优化分析,得到几种不同吸能空腔结构的截面拓扑构型,分析不同截面拓扑构型的吸能能力,确定最佳拓扑构型。结果表明:根据耐撞性拓扑优化获得的最佳截面拓扑构型设计的防撞端头,能够满足100 km/h失控车辆的碰撞要求,提高了现有防撞端头的防撞等级;防撞端头总长不超过4 m,实现了护栏防撞端头的小型化、轻量化设计。     

基于显式有限元的轨道车辆撞击能量吸收研究

吸能装置是提高轨道车辆耐碰撞性能的关键部件.将金属切削加工技术应用到轨道车辆的被动安全防护上,提出利用切屑的生成过程吸收列车的撞击能量,作为新型吸能装置的吸能原理.建立了金属薄壁结构切削吸能过程的三维显式有限元模型,分析了刀具的前角对薄壁结构切削吸能性能的影响,并与金属薄壁结构的压缩吸能进行了比较.结果表明,金属切削吸能过程是理想的轨道车辆撞击能量吸收过程.