薄壁构件的长度对抗撞性影响的研究

基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,以提高吸能原件的抗撞性为目的,研究正方形截面金属薄壁构件的长度对抗撞性的影响;经过数值分析,得出正方形截面薄壁构件的比吸能关于构件长度和截面边长的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定基础.     

变截面薄壁构件斜向碰撞性能分析

采用有限元软件LS-DYNA进行数值模拟计算,得到圆锥形和方锥形薄壁构件在不同倾斜载荷角冲击下的碰撞响应,并对两种薄壁构件变形模式、吸能特性和最大峰值冲击载荷进行了比较。数值计算结果表明,圆锥形薄壁构件在斜向冲击下的抗撞性能优于方锥形薄壁构件。     

带规则波纹薄壁结构抗撞性分析的并行化与优化设计

薄壁吸能结构是碰撞等突发事件中吸收冲击动能的主要构件,其性能直接关系到人身的被动安全.文中在传统光滑表面的薄壁结构上添加规则波纹,建立相应的理论模型,运用有限元数值模拟软件( ANSYS/LS - DYNA)对新结构的最大吸能进行分析,应用响应面法拟合出结构吸能最大值的函数,采用遗传算法对拟合出来的优化模型进行求解,从而得到波纹高度和波纹顶点到轴线距离的最优值,使得结构的吸能最大值提升了76％.其中,结构抗撞性分析的计算量大,将其进行并行化,从而减少了计算时间,提高了效率,为结构抗撞性分析提供了一个高效可靠的方法.     

八边形组合结构薄壁管耐撞性研究

为提高薄壁管件耐撞性,在基础截面薄壁管的基础上,设计了八边形组合结构薄壁管件,并通过理论计算和数值仿真对不同的组合结构以及基础截面薄壁结构进行了轴向压溃动力学分析,从而对比研究了八边形组合薄壁结构的耐撞性能.研究结果表明:组合薄壁结构的整体耐撞性相对于基础截面薄壁结构有着极大的提高,其中比吸能平均提高了63.6％.在组...     

金属薄壁吸能结构耐撞性研究进展

金属薄壁吸能结构耐撞设计广泛应用于飞机、汽车、铁路列车和轮船等几乎所有交通工具的碰撞动能耗散系统的设计中。本文归纳了轴向载荷作用下薄壁吸能件的变形模式和评价吸能结构耐撞性的参数，叙述了薄壁吸能件轴向力学特性的研究成果，最后分析了薄壁吸能件的主要研究方向。     

基于有限元法的矩形薄壁梁轴向耐撞性能优化

矩形薄壁空心直梁是汽车纵梁经常采用的结构形式,并且是承受正面碰撞的主要部件,其结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车研究的重要内容.以矩形薄壁梁为研究对象,基于动态有限元分析模型,利用LS-DYNA软件中的OPT模块技术,研究矩形薄壁梁横截面的边长比变化对其耐撞性能的影响,对薄壁直梁在轴向冲击载荷下的耐撞性能进行了优化仿真.优化结果表明,当矩形两个边长的比值为0.6时,结构的碰撞力峰值最小,吸收的塑性变形能最大,具有最好的耐撞性能.     

杨桃启发的仿生星形薄壁结构耐撞性研究

薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层级设计与加强筋配置对星形薄壁结构耐撞性的优化效果。结果表明,星形薄壁结构具有规则的渐进折叠变形机制,其比吸能、压溃力效率等耐撞性能大幅优于常见截面的薄壁结构,具有良好的工程应用潜力。     

汽车低速碰撞吸能盒的耐撞性研究及优化

汽车发生低速碰撞时,动能主要由车身前部吸能盒屈曲塑性变形来吸收,从而保护与之相连的前纵梁等比较重要的汽车零部件,以减少汽车的维修成本.本文以六边形截面吸能盒为研究对象,利用非线性显示有限元分析软件Workbench LS-DYNA,研究了截面参数及壁厚对吸能盒耐撞性的影响,并在Isight软件中建立二阶响应面模型,采用...     

基于新型梁单元模型的薄壁弯梁耐撞性优化

以矩形截面Z型薄壁弯梁为例,引入新型梁单元参数化模型建模方法,通过对薄壁梁进行碰撞分析提取了塑性铰的弯曲刚度特性曲线,将参数化后的弯曲刚度特性曲线赋予梁单元简化模型,实现了梁单元模型对壳单元模型的等效替代。在此基础上,应用均匀拉丁方试验设计方法,选取一定数量的参数样本点,建立了设计变量与弯曲刚度曲线参数之间的响应面近似模型,并采用连续二次规划的优化算法对梁单元模型进行了耐撞性优化。结果表明,采用新型梁单元简化模型代替详细的壳单元模型进行优化分析是可行的。     

锥面过盈联接静力分析的一种工程方法

锥面过盈联接应力问题本质上是空间轴对称问题。在锥面过盈联接几何模型分析的基础上,运用平面应力问题和平面应变问题结合的方法求解,并结合该问题的边界条件,通过定义尺寸影响系数,得到有限尺寸条件下锥面过盈联接的位移和应力的解析式。结合一个算例,用有限元方法检验该求解方法的有效性,而内、外锥角在不同组合情况下最大相对误差的分析结果表明该方法在一定范围里还具有普适性。通过深入分析几何模型中相关的结构几何参数对外环径向位移的影响规律,为圆锥过盈联接的合理设计提供指导。     

基于逐步回归模型的汽车碰撞安全性多目标优化

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业的重要研究内容。面对传统优化方法难以找到汽车结构耐撞性问题多目标参数最优解的难题,在汽车结构碰撞安全性问题的研究中,结合试验设计、响应表面模型和有限元仿真程序提出一种基于逐步回归模型的多目标优化设计方法。利用该方法对以汽车前端结构的加强件作为设计变量,以整车质量、脚踏板在碰撞过程中的侵入量和整车碰撞加速度积分值作为目标函数的汽车100%正面碰撞以及40%正面偏置碰撞的多目标优化问题进行仿真优化研究,结果表明该方法对于汽车结构碰撞安全性的优化具有明显的效果。     

楔环连接结构两种有限元优化设计方案研究

利用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,建立楔环连接结构的参数化有限元模型。为了对该结构进行优化设计,以楔环径向和轴向尺寸为设计变量,以结构最大应力比为目标函数设计结构的增强优化方案,以结构的各件应力比差的平方和为目标函数设计结构的等强设计方案。采用基于共轭梯度法的一阶优化方法求解,增强优化的结果表明,拉伸载荷下结构的最大等效应力降低21.1%,安全系数由1.08提高到1.37,可达到增强设计目的;等强优化的结果表明,优化后结构各件应力比接近,应力比差的平方和从0.600降为0.067,可以达到等强设计目的。实践说明采用非线性有限元法和一阶优化法对连接结构进行优化能够取得预想的效果。     

300 MW机组三通的结构应力分析与形状优化

提出一种降低300 MW汽轮机组主蒸汽管道T形异径三通结构应力的设计方法。该方法利用三通在工作载荷下的变形数据修正原有结构。首先使用ANSYS5．7建立一个有限元分析模型,然后用实验结果考核了模型的有效性。在这个模型的基础上,计算不同修正量下结构的最高应力。发现三通肩部内壁转角处的应力水平随修正量的增大而减小,并且结构的最高应力呈现波动变化。在最大修正量达到原结构尺寸8．65％时,结构的最高应力可以下降45．9％。表明该方法能有效地降低这种三通的应力水平。这一结论为进一步改进三通的结构设计提供了理论依据。     

用有限变形弹塑性有限元法对金属塑性成形工艺的分析和优化

建立了一种基于中间构形及热力学第二定律的超弹性塑性本构关系，并由空间描述的弱平衡方程经一致转换得到了纠正的拉格朗日描述下的平衡方程，同时经线性化处理给出了非线性平衡方程组的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒｅｐｈｓｏｎ迭代求解格式。以线材通过锥形模的拉拨成形为例进行了全面的有限元擞值模拟，从而检验了有限变形弹塑性有限无法在模具设计、工艺优化以及产品缺陷分析等方面的有效性。     

基于径压胀形确定管材的摩擦因数

摩擦对管材液压成形有极大的影响,管材摩擦因数的确定是一项极其重要的工作。在分析比较现有测试方法的基础上,基于径压胀形原理及其变形规律提出确定管材液压成形胀形区摩擦因数的新模型。该模型以恒定内压力下圆形管材径压胀形成方形断面后,以断面对角线长度差作为确定摩擦因数的测量指标。对比对角线长度差的有限元数值模拟结果及实测结果,以此确定管材液压成形时胀形区的摩擦因数。对低碳钢及不锈钢管的有限元数值模拟分析表明：对角线长度差与摩擦因数及内压力均成指数关系,该长度差对摩擦力很敏感且可方便测量,也可作为针对管材液压成形胀形区润滑剂特性的评定指标。所提出的新模型具有简单、实用等优点。     

ITER真空室中子屏蔽组件的热-静力学有限元分析

根据ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)真空室中子屏蔽组件的设计概念和结构特点,应用有限元分析软件ANSYS对结构组件进行静力学分析和热-结构耦合分析.有限元计算结果表明,等离子体中心破灭事件(central disruption 27msec--CD27ms)下的巨大瞬间电磁载荷对其产生的应力与变形远小于真空室温度环境造成的应力影响,尤其在接触应力计算上表现最为明显.因此,根据强度分析的结果重新对中子屏蔽组件的结构方案进行修改,分析结果表明改进后的结构更加合理.     

结构系统单元的疲劳可靠性估算

实际工程结构大多是由元件组成的结构系统，所以元件的疲劳可靠性分析应从系统角度加以考虑，即考虑系统中其他元件的影响。针对系统单元的疲劳可靠性问题，文中提出一种建立在一次二阶矩方法和随机有限元法基础上的估算方法。将结构具有的多个不确定因素，如材料、几何、载荷等，用基本随机变量表达。因单元疲劳可靠性分析的功能函数不能表达为基本随机变量的显式函数，故采用数值方法和随机有限元法求偏导。结合改进的一次二阶矩法对系统单元进行疲劳可靠性分析。为工程应用提供一种实用的估算方法。     

绕后台阶与准方腔耦合流道流场的数值计算与试验研究

用Galerkin有限元法对绕后台阶与准方腔耦合流道流场进行数值模拟。数学模型采用的是流函数—涡量形式的N-S方程,分别计算了雷诺数214.2、428.4和642.6三种情况下流场的结构,计算所得瞬态流场和稳态流场以直观速度矢量图和等值线图的形式给出,并绘出了部分纵截面上速度分布剖面图,分析了雷诺数对流场结构的影响。同时应用近年来发展起来的且获得广泛应用的全场瞬时速度测量技术,即粒子图像测速技术PIV)对流场进行了试验研究,所得速度矢量图与数值计算结果吻合较好。计算和试验结果表明:绕后台阶与准方腔流道流场比较复杂,同时具有后台阶流动和方腔流动的结构特征。研究结果对工程实际具有重要意义。     

含多个穿透裂纹的多孔紧固件传载结构裂尖应力强度因子研究

多孔多裂纹紧固件传载结构的安全问题是当今航空界中广泛关注的问题之一.文中通过采用销钉和平板间接触的有限元方法,建立含单裂纹单孔、含单裂纹的串联双孔、含双裂纹的串联双孔、含四裂纹的串联双孔、含双裂纹的并联双孔和含四裂纹的并联双孔紧固件传载结构等六种计算模型,对计算模型的裂纹尖端应力强度因子进行计算.通过大量计算,给出典型的串联多孔多裂纹连接结构和并联多孔多裂纹连接结构应力强度因子计算结果曲线,分析其相互影响规律和原因,计算结果和结论可以作为该类结构损伤容限设计的参考依据.