泡沫铝填充帽型结构轴向冲击吸能特性的试验研究

利用冲击试验系统,通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构在轴向冲击工况下的吸能特性。首先进行了泡沫铝、空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向冲击试验;然后根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构轴向冲击工况下的吸能特性进行了分析,评估了填充泡沫铝以及应变率对帽型结构吸能特性的影响。试验结果表明, 与空心结构相比,填充泡沫铝之后帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有明显的改善;由于材料对应变率敏感, 与准静态压缩相比,结构的吸能特性有一定的提高。     

泡沫铝填充帽型结构轴向压缩吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构准静态压溃时的吸能特性。首先,进行了泡沫铝空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向压缩试验;然后,根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构的轴向吸能特性进行了分析,并与空心帽型结构进行了比较。结果表明,填充泡沫铝之后,帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有了很大的提高。在吸收的能量一定时,泡沫铝填充能够减少吸能结构所需要的质量。     

诱导槽对帽形结构吸能特性的影响研究

以汽车前纵梁结构为研究对象,设计了多种轴向阵列诱导槽布置,并分别与无诱导槽和有单个诱导槽的帽形结构进行对比分析,在有限元仿真分析的基础上,结合落锤试验对帽形结构的吸能特性进行研究。结果表明:诱导槽结构能够有效降低峰值压溃力,有效改善帽形结构的变形,且具有轴向阵列诱导槽帽形结构的变形和压溃力在一定程度上变得可预测。     

轴向冲击载荷下帽形截面梁加强板设计研究

为了提高帽形截面梁在轴向冲击载荷作用下的吸能特性,利用超单元理论,结合动态落锤试验,对加强板设计进行研究,从变形形式、压溃力曲线和压溃结果特征值三方面,对多胞结构进行了优势验证和对加强板的结构进行了探讨,对受到轴向冲击载荷的帽形截面梁中加强板的设计提出了一系列的建议。加强板的设计应适量在帽型梁截面较为薄弱的地方增加方形胞元的个数,可以使截面超单元的数量增加,超单元边长缩小,从而减小褶皱半波长。本文提出的方法有利于提高帽形截面梁吸能效率,有效改善结构的变形稳定性。     

基于正交试验的椭球状管件内高压胀形参数优化

椭球状吸能盒作为汽车防撞系统中重要的吸能结构,在碰撞瞬间通过塑性变形吸收大部分能量,该类管件具有分散外在均布载荷的优良力学性能,故提高此类管件的生产效率显得尤为重要。为此提出了使用内高压胀形工艺制造椭球状吸能盒的方法,此工艺实现了吸能盒轻量化,同时消除了焊缝对吸能盒力学性能的影响,从而使吸能效果较传统吸能盒大幅提升。针对椭球状管件内高压胀形参数的优化,采用有限元仿真结合正交试验的方法,分别研究了波状诱导结构直径、胀形压力以及两侧冲头轴向进给对胀形效果的影响,所得的优化参数：波状诱导结构直径为8 mm,胀形压力为25 MPa,两侧冲头轴向进给为8 mm。采用最优参数进行胀形试验,验证了基于有限元仿真结合正交试验方法获取工艺参数的正确性,并为椭球状吸能盒的制造提供了参考。     

不同波纹梁结构吸能特性仿真分析

运用LS-DYNA有限元软件对方形、三角形、正弦形和梯形4种金属波纹梁结构进行了准静态加载和动态冲击加载试验仿真分析。从其变形模式和吸能特性两个方面,对仿真结果的数据进行对比分析。仿真结果表明:正弦波纹梁和梯形波纹梁形状保持较好;正弦波纹梁比吸能最大,且其初始峰值载荷和平均压溃载荷明显最小。所以选取正弦波纹梁作为机身货舱地板以下吸能结构能够取得良好的吸能特性和缓冲效果。     

单帽型薄壁梁弯曲吸能特性研究及多目标优化

薄壁吸能结构的抗弯性能对于汽车碰撞安全是至关重要的,然而影响薄壁结构吸能特性的因素非常复杂,在具体结构设计的过程中还需要兼顾轻量化因素,这就使得薄壁结构弯曲吸能特性的优化工作难以开展。为了解决上述问题,对单帽型薄壁梁抗弯性能进行了有限元仿真分析,并与试验曲线进行对比,进而验证了数值模型的可靠性。为进一步提高单帽型梁的抗弯性能,利用RBF响应面近似模型、NSGA-Ⅱ多目标优化设计方法,进行了单帽型薄壁结构的弯曲吸能特性优化设计。优化结果表明,该方法利用响应面近似模型能够非常精确的拟合单帽梁比吸能及加载力最大峰值与各个影响因素之间的关系,通过优化提高了薄壁结构的弯曲吸能特性,能够在汽车被动安全优化设计中,对汽车B柱、门槛梁等关键部件的尺寸优化起到指导作用。相比于以往研究,采用了试验验证的方式,有效提高了计算结果的可靠性。     

民用飞机客舱地板下部吸能结构坠撞特性评估

先对民用飞机客舱地板下部结构进行了坠撞响应分析,获得了该结构的原始坠撞特性;通过对结构变形模式及各个部件对撞击能量耗散情况的分析,提出了提高结构吸能特性的具体措施。数值仿真结果表明:该措施可有效控制结构的变形模式及降低初始接触刚度,提高了结构的吸能特性。制造了一个典型机身下部吸能结构试验件,并进行了垂直坠撞试验。试验结果与仿真分析结果存在较大偏差。通过对试验结果的分析,发现了仿真模型中一些被忽略的细节以及试验件制造过程中的工艺细节等是引起偏差的主要原因。通过对模型的修正,分析结果与试验结果吻合较好。     

轴向载荷下帽形梁截面设计方法

在理想折叠单元（super-folding element,SFE）的基础上建立了焊接单元,分析了帽形梁在压溃变形中出现焊点撕裂、焊边内陷等失效现象的原因。提出了针对性的改善方法,并通过试验验证了各参数变化对纵梁吸能特性的影响。结果表明：通过增加截面SFE数目、增加焊接边长度、改变焊接边相邻两边的角度等措施能有效改善帽形梁的失效现象,提高薄壁梁的吸能水平。     

变截面S形薄壁梁的设计与耐撞性研究

为了提高汽车前纵梁结构(S形薄壁梁)的耐撞性能,引入变截面设计思想对S形薄壁梁进行研究。基于LS-DYNA有限元分析软件,在轴向动态冲击载荷下开展变截面S形梁数值仿真,研究横截面轴向变化率、横截面几何形状和加强筋对变截面S形梁的耐撞性影响。结果表明,变截面S形梁与等截面S形梁相比在结构吸能方面有较大提升,合理设计横截面轴向变化率、横截面几何形状和加强筋可以显著地提升结构的吸能效果,为汽车吸能部件的设计提供重要参考     

面向动力学性能的薄壁加筋板结构阻尼与筋条布局协同优化设计

为减小薄壁加筋结构在动态环境下的振动,提出了加筋肋布局和阻尼层拓扑一体化设计方法。以含表层阻尼材料的薄壁加筋板结构为研究对象,结合阻尼材料惩罚模型与基结构优化方法,引入筋条密度和阻尼单元密度两类独立设计变量,考虑筋条和阻尼材料的体积约束,建立最小化动态柔度的阻尼材料拓扑和筋条布局的协同优化模型,实现面向动态响应最小化的含阻尼层的薄壁加筋结构最优设计。通过不同阻尼、不同频率下的含表面阻尼层加筋板的多个数值算例,验证了所提方法和模型的有效性。     

船用直臂式起重机吊臂的分析和优化

使用船级社规范的有限元方法对起重机吊臂的强度和稳定性进行校核,将有限元计算的结果与船级社规范的解析方法计算结果进行比较。根据计算和对比的结果,对吊臂的加强肋板的形状和位置进行优化。对比优化前后的有限元结果可知,加强肋板形状优化使吊臂危险截面应力最大值下降了31.1%;添加的加强肋板使得应力最大值下降了36%;吊臂的稳定性比优化前提高了44%。     

A study of the fundamental frequency characteristics of eccentrically and concentrically simply supported stiffened plates

The paper investigates the fundamental frequency characteristics of eccentrically and concentrically simply supported stiffened supported plates. As a first stage, a numerical procedure for the computation of the fundamental frequency is presented. The strain energy of the assembled plate/stiffener elements is derived in terms of generalized in- and out-of-plane displacement functions and Mathematical Programming is then used to determine the lowest natural frequency. The prediction of the described algorithm is verified with other numerical procedures like finite-element, finite-strip and finite-difference methods. Results are then presented showing the influence of the plate/stiffener geometric parameters on the fundamental frequency of the structure with various concentric and eccentric stiffening configurations.     

冲击载荷下加筋板的结构分析及优化选择

研究冲击载荷作用下加筋板架的动态响应对于深入理解相关摇摆台的耐撞性设计具有重要的指导意义。应用数值仿真的方法对4种典型加筋板架进行分析计算,得到不同加筋情形下板架的动态响应特征,并从变形趋势、应力、应变三个方面进行对比分析,进而选择出了较好的方案。     

加筋平托盘均布载荷作用下的变形研究

根据板的小变形理论,对平托盘次要结构进行简化,将加筋平托盘面板看成厚度变化的加筋平板,利用在均布载荷条件下板的变形公式,解出了此时的加筋板变形挠度解,并通过改变加筋板各几何参数,得到了加筋板不同的刚度分布,进而分析对最大变形的影响。研究表明,加筋板各几何参数在不同的取值范围对板的最大变形贡献有差异。为筋的厚度与面板厚度之间尺寸的协调设计提供了依据,对平托盘在结构尺寸的初期设计,如何分布配置材料具有一定的实际指导意义。     

大尺寸结构钢胀筒压溃吸能的研究

通过元组件矩阵试验,获取半锥角、壁厚以及定径长等不同结构参数的大尺寸结构钢胀筒压溃吸能的准静态压缩性能数据,分析各个因素对吸能效果的影响.分析结果表明:压溃载荷呈随半锥角增大先减小后增大的趋势,随壁厚增加单调递增并趋于缓和,但对定径长因素变化不敏感.采用ABAQUS/Standard建立压溃吸能结构的有限元模型并进行仿...     

旋转刚-柔耦合系统动力学及热冲击响应分析

利用FOAC模型理论,给出了大范围运动的大变形变截面柔性梁的位移描述,继而得到系统的机械能的高阶表述,然后基于广义Hamilton原理得到系统的动力学模型。系统模型考虑了柔性梁在不同方向的相互耦合影响,使得系统能够对较高速度的旋转刚柔耦合结构进行动力学仿真,避免了传统ZOAC模型对高速旋转柔性系统仿真结果发散的不足,从本质上分析了动力刚化作用。在此基础上,考虑热冲击对系统的动力学响应,包括梁两侧同等热冲击和不等温热冲击,为航天结构和热场环境救援机器人的动力学行为提供仿真模型。     

Rigid-plastic modelling of blast-loaded stiffened plates—Part II: Partial end fixity, rate effects and two-way stiffened plates

A new rigid-plastic analysis of stiffened plates subjected to uniformly distributed blast loads is developed. In this first part of a two-part paper, a uniform one-way stiffened plate with clamped ends is modelled as a singly symmetric beam, comprised of one stiffener and its tributary plating. Rigid-plastic analysis is then applied to this beam using an idealized piecewise linear bending moment-axial force capacity interaction relation or yield curve. Two solutions to the response are developed. The first solution is in closed form and is based on the solution of the resulting linearized differential equations. The second solution is obtained by approximating the response as a sequence of instantaneous mode responses, where the mode shapes are determined by an extremum principle which maximizes the rate of change of the kinetic energy. This latter solution may be extended to cases involving non-rigid boundaries and two-way stiffening and this is done in the second part of this paper. Here, the two solution methods are applied to several examples of one-way stiffened plates subjected to various blast-type pulses. Good agreement is obtained between the present results and those from elastic-plastic beam finite element and finite strip solutions.