基于深度学习的复合材料螺栓连接失效预测

针对复合材料螺栓连接失效强度分析与预测问题，利用深度学习神经网络强大的非线性映射能力，将不同参数对复合材料螺栓连接失效载荷的影响进行非线性拟合，并分配各参数的影响权重；通过有限的训练样本构建预测模型，来预测复合材料螺栓连接的失效峰值载荷。使用有限元软件计算得到层合板螺栓连接失效峰值载荷的数据组，以此来构建深度学习神经网络。通过测试确定当隐藏层数量为两层时深度学习模型开发效果最佳，以预测值与有限元仿真值之间的均方误差作为损失函数、学习速率取0.01,当均方误差最小时停止训练，此时得到最佳深度学习预测模型；利用该模型预测得到所有失效峰值载荷预测结果中的最大值以及对应的参数组合，并与同样参数的仿真结果进行对比，两者相差1.4%;相比有限元仿真和拟合经验公式的预测方法，深度学习预测方法具有明显的时间效率优势。     

“瓦伦”结构旋转冲击失效建模方法研究

研究了超塑成形/扩散连接钛合金空心"瓦伦"结构在旋转冲击载荷下失效行为的模拟方法。通过"固连失效接触"算法模拟了扩散连接焊缝,"瓦伦"结构局部应力集中和局部缺陷对焊缝强度的影响通过定义焊缝的等效拉伸和剪切强度加以考虑,并通过旋转冲击试验对数值模拟结果进行校核。结果表明,所提出仿真分析方法可有效地模拟空心"瓦伦"结构零部件在旋转冲击载荷下的失效行为。     

运动体碰撞动力学过程的数值仿真分析

基于显示动力学和接触碰撞分析的基本理论,采用有限元方法建立了加速装置的碰撞模型,对整个碰撞过程进行了仿真分析,得到了运动体碰撞失效的时序结果及其速度变化曲线,以及经受冲击载荷作用的挡板受力状况。为分析加速装置碰撞动力学过程建立了有效的研究方法和可行技术手段,并为后续的加速装置实验设计、优化设计提供了客观依据。     

锂离子电池碰撞安全仿真方法的研究进展与展望

锂离子电池以优异的电化学储能和循环性能,已成为电动汽车和电动飞机等新能源装备的主要动力源。然而,其受外部冲击、碰撞等载荷导致的结构失效、内短路、热失控以及起火/爆炸等安全问题,严重制约了其进一步的发展与应用。详细总结了锂离子电池结构特性和电池机械滥用试验方法,阐述了锂离子电池在机械滥用下从力学失效到内短路和热失控的多场耦合失效机理。在此基础上,系统地综述了近年来国内外学者在锂离子电池碰撞安全仿真方法方面的研究进展,从材料本构建模、电池单体的力学建模与仿真、多场耦合仿真方法等方面总结了仿真方法的研究现状。梳理了各类仿真方法的特点、适用性与局限性,并重点讨论建模方法、仿真精度和效率等关键问题。最后,对锂离子电池碰撞安全仿真方法存在的瓶颈问题和未来的发展趋势进行展望。可为锂离子电池的碰撞失效机理研究、建模仿真和安全设计提供系统的参考与指导。     

多冲碰撞失效分类与研究趋势探讨

对工程中大量出现的承受多冲碰撞载荷机械零件的失效进行了描述和概略分类,分析了国内外研究状况,最后分析了多冲碰撞失效问题研究的趋势.     

基于汽车碰撞仿真的点焊连接关系有限元模拟方法

针对现在一般汽车碰撞有限元模型采用刚性梁作为点焊连接关系的模拟方法,通过仿真计算和参数影响分析,发现网格大小以及刚性梁与相连平面的夹角对于点焊的失效时间有着很大的影响,采用刚性梁单元模拟点焊连接关系是不稳定、不可靠的。提出以不依赖网格节点的弹—塑性梁作为点焊连接的有限元模拟方法,并经过仿真结果对比,发现弹—塑性梁单元对小网格尺寸不敏感,对于点焊失效时间的模拟是稳定、可靠的,因而更加适合在汽车碰撞仿真中对点焊连接关系进行模拟。     

雷达微波功率管引脚失效仿真分析与优化

针对微波功率管在温度循环试验中出现的引脚脱落故障,通过力学仿真进行故障复现和失效机理分析,确定了功率管底座与盒体材料的热膨胀系数不匹配,以及连接方式不合理是造成引脚失效的主要原因。在不改变器件材料的前提下,提出了将功率管与盒体的连接方式从焊接改为螺钉连接的优化设计方案。通过仿真和试验验证,证明了该优化方案能有效解决引脚失效问题。     

螺栓摩擦系数对连接防松影响的有限元分析

螺栓连接受横向振动载荷一段时间后,容易出现连接松动,夹紧力衰退,夹紧失效等现象.国内鲜见钎对螺纹连接松动现象的有限元仿真,文中利用ABAQUS有限元软件建立了螺栓连接模型,对连接松动过程进行仿真.以建立的松动模型为基础,通过对比几组螺栓连接的防松特性,得到了螺栓连接摩擦系数越大其防松性能越佳的结论,该结论与螺栓连接的摩擦力矩防松机理相吻合.     

切向加载下螺栓连接复合板的失效分析*

极限载荷和孔周应力是导致螺栓连接复合板失效的主要因素。基于Hashin失效准则和有限元模型建立螺栓连接复合板的渐进损伤有限元模型,通过位移载荷响应讨论预紧力、界面摩擦因数和孔隙变化对极限载荷的影响,分析不同铺层角下孔周应力分布规律。结果表明：随预紧力增大,螺栓连接复合板极限载荷先增大后减小,随摩擦因数增大,螺栓连接复合板极限载荷逐渐增大;不同孔隙下准线性阶段位移载荷响应基本一致,孔隙对极限载荷的影响主要体现在滑移阶段及剪切变形阶段;孔隙增大会减小螺栓与螺孔间的有效接触面积,影响螺栓连接的压力分布和强度;纤维铺层方向与应力分量同向时可有效减少外载荷导致的该方向应力分量的变化,且主应力分量皆在承压区域达到其最小值;应力分量方向与纤维铺层方向相同且该方向无外载荷作用时,应力分量随着角度从承压区到非承压区递增变化。     

局部热处理对TA1钛合金-SPCC钢压印接头失效行为的影响

在自行搭建的局部热处理试验平台上将TA1钛合金-SPCC钢压印接头连接部位加热至900℃水淬,研究了局部热处理对此压印接头失效载荷和失效模式的影响。结果表明:局部热处理后该压印接头的失效载荷为5 371.9N,比未经热处理的(4 252.4N)提高了26.34%;未经热处理压印接头的失效模式为上下板拉脱失效,断裂方式为韧性断裂,局部热处理后该压印接头的失效模式为拉脱+颈部断裂混合失效,断裂方式为准解理断裂。     

某机型货舱门下部连接接头有限元应力分析

连接接头是飞机结构设计中不可缺少的连接件,用来实现不同构件间的连接、传递和载荷分配。在使用过程中,连接接头处容易产生应力集中,导致疲劳破坏。正确分析接头的整体受力特性以及应力分布特征是减小其应力集中的关键。本文根据某机型货舱门下部连接接头的结构特点及受力情况,用MSC.Patran软件进行有限元应力分析,结合全机的应力计算结果,获得货舱门下部梁A与梁B之间连接接头的应力分析边界条件,把边界条件施加于货舱门下部梁A与梁B之间连接接头的细节有限元模型中,计算各工况下所有单元的最大应力,确定该连接接头的危险部位。     

胶层缺陷对胶接-拉铆搭接剪切接头力学性能影响研究

近年来胶接-拉铆技术在载运工具和航空航天等领域得到了广泛应用,而大型结构连接部件的制备过程会不可避免地在胶层内部产生局部缺陷,进而影响接头服役性能。以胶接-拉铆单/双搭接接头为研究对象,通过在胶层区域设置不同形式的人工缺陷,模拟胶层制备过程中产生的胶层内部缺陷,研究其对胶铆接头搭接剪切力学性能的影响规律。以6061-T6铝合金为基底制备胶接-拉铆接头试件,考虑单、双搭接试件形式,胶层内部预先放置不同厚度、面积、形状、位置的聚四氟乙烯缺陷片,对固化后的接头进行准静态拉伸破坏试验,并采用宏观观测和扫描电镜分析胶层失效表面宏观和微观样貌,从而对胶层内部缺陷对其失效模式影响机理进行评价。试验结果表明,接头主要失效模式为内聚失效,胶层中缺陷的位置、面积、厚度会对接头失效载荷以及失效强度产生不同程度影响,而缺陷的形状对接头力学性能影响不大。无缺陷的双搭接试件胶层失效载荷是单搭接试件1.62倍,单搭接试件胶层失效强度是双搭接试件1.24倍。有圆形缺陷的双搭接试件失效载荷是单搭接试件2倍,而失效强度没有受较大影响。基于现有试验结果,可以为实际结构设计中含胶层缺陷胶铆复合接头失效强度提供有效评估方法。     

薄膜疲劳失效预测方法与损伤机制的研究进展

薄膜材料的尺寸范围、结构以及其服役环境的特殊性,制约了薄膜失效行为、寿命预测及可靠性评估技术研究的开展。对薄膜疲劳寿命的预测方法进行综述,分析常用的单向循环加载法和悬臂梁弯曲法。详细介绍纳米级动态载荷法,包括连续刚度法和纳米冲击试验法,此法能够对实际服役环境更好地模拟,可以实现分相测试以及多种功能模块的原位定点检测,以及定量分析薄膜的疲劳性能。对薄膜疲劳损伤失效机制与寿命预测模型的研究进行探讨与展望,发现薄膜材料失效过程的研究与定量分析是今后研究的重点。     

薄壁钢结构碰撞性能仿真中材料模型研究

讨论了动态弹塑性理论中的应变率相关材料本构关系及其在数值计算中的简化模型,研究了计入应变率、不计入应变率的双线性弹塑性材料摸型和３参数Ｂａｒｌａｔ材料模型在闭口帽型薄壁梁在轴向碰撞载荷下的屈曲模态中对数值计算结果的影响,并和实验数据进行了比较,结果显示在碰撞研究中应变率对结构碰撞特性有着重要的影响。仿真结果表明应变率是薄壁钢材料构件静动态实验结果差异的主要因素,并由此给出了应变率影响的敏感性系数。研究结果为利用有限元方法进行碰撞结构设计提供了依据。     

Durability evaluation of a composite bogie frame with bow-shaped side beams

In the current study, the static structural safety and durability of two composite bogie frame models were evaluated using a finite element analysis. Prior to evaluation, the in-plane and out-of-plane mechanical properties of the base material were measured. The fatigue property was also measured to evaluate the durability of two composite bogie frames. Based on material data, the static structural safety was examined using the Tsai-Wu failure criterion under ten different loading conditions. Stress combination data were used to evaluate durability of two composite bogie frames. Analysis results indicate that the maximum Tsai-Wu failure indices of the two composite bogie frames under a twisting load were 0.48 and 0.57. Based on the durability evaluation using Goodman diagrams, all combined stress data of the two models were within the endurance limit. In the bogie frames with a side beam height of 50 mm, the side beam bottom area was the most affected region. The joint center area revealed higher mean stress and stress amplitude values in the bogie frames with a side beam height of 150 mm.     

Improvement of energy-absorbing structures of a commercial vehicle for crashworthiness using finite element method

This paper describes the results of the frontal crash simulation of a commercial vehicle using the nonlinear finite element method. The dynamic responses of the vehicle during the frontal crash at 48.3 km/h and 8 km/h are presented. In the developing stage of the design the structure of the front longitudinal beam is optimized, hence the amount of energy absorbed increases greatly. In the test stage of the whole vehicle, the data of the simulation predict that the hinge of the engine hood would fracture during the crash. This fact has also been validated by the test. The failure of the engine hood hinge would be a danger to both the driver and the passengers. So, according to the simulation, the structure and material of the engine hood and hinge are modified. As a result the deformation mode of the engine hood is improved accordingly.     

Effect of welding seam spacing and relative bar wall thickness of bus framework on joint’s local mechanical property

Now the researches concerning integral bus mainly focused on design and analysis of overall mechanical property of bus body,and paid little attention to characteristic of local structures,such as joint,plug welding hole,and bolt connection point,etc.So there is much blindness on the design of local connecting structure.Since integral bus body structure cancels large section longitudinal beam,and uses framework made by welding small section bars together as principal part to bear the whole load when the vehicle works,there are many joints receiving high load in the body structure,and local stress concentration can not be avoided.Under such circumstances,by adopting beam-shell mixed model based on super element technique,and selecting a joint commonly used by bus sidewall,the rule of the effect of bar joint’s welding seam spacing on joint’s local mechanical property is investigated in this paper,and the investigating results show that joints have minimum stress concentration with welding seam spacing of 8 mm.To learn whether the above rule is affected by relative bar wall thickness,many groups of bars with different relative bar wall thicknesses are studied experimentally,and the experimental results show that the joints local stress levels vary with different relative bar wall thicknesses,but the rule of the effect of bar joint’s welding seam spacing on joint’s local stress level remains the same.The research is significant for local structure design of bus joint in the future.     

螺栓连接对基础非均匀沉降格构式结构的影响

为了现场安装方便,格构式结构设计中的螺孔直径大于螺杆直径,在相同载荷作用下,传统的结构分析计算得到的结构变形量小于试验测量值,另一方面,在相同沉降下,计算得到的杆件轴力大于试验测量值,甚至出现计算结果显示已经破坏的结构,现实中仍在正常运行着。产生这些偏差的主要原因是螺栓滑移。基于ANSYS 开发的滑移梁模型将实验测量得到的螺栓连接位移-载荷关系曲线引入到螺栓连接的分析模型中。利用该模型模拟了基础非均匀沉降格构式结构的受力变形特性,并与传统分析结果及试验测量结果进行对比。结果显示:考虑螺栓滑移影响的模型,模拟结果与实验测量结果非常吻合。为今后格构式结构的设计和研究提供有益参考。     

关于夹芯梁四点弯曲试验的计算分析

在材料力学推导出的矩形截面梁剪应力公式基础上,利用夹芯梁轴向位移,弯曲挠度与剪切应变的几何关系,推导出了夹芯梁截面弯曲应力及弯曲挠度表达式,弹性理论及有关试验结果都证明了该方法的计算精确度较高.理论计算分析表明:外载荷作用下夹芯梁四点弯曲时,在外载荷作用处夹芯梁面板与芯材结合部位应采用强度理论进行校核;均布载荷作用下剪...     

6061铝合金汽车保险杠横梁的碰撞性能

基于有限元分析软件LS-DYNA对设计的一种薄壁、中空且带加强筋的铝合金保险杠横梁的摆锤和台车试验进行了有限元模拟;并进行相关试验,与钢制横梁的碰撞性能进行对比。结果表明:在20km·h-1低速碰撞条件下台车有限元模拟与实际试验结果吻合较好;铝合金横梁较原钢制横梁有更好的刚度和吸能性能;在相同的碰撞试验条件下,钢制横梁的吸能性有限,而铝合金横梁能够在较大的速度范围内保持较高的吸能性能。