产品跌落冲击耐撞性能稳健设计研究进展

跌落冲击是物体在短时间内受到强大冲击力而运动状态发生急剧变化的现象,是导致产品特别是小型机电产品外表破损、功能失效的主要原因。近年来,国内外研究学者针对如何提高产品抗跌落冲击的本质耐撞性能进行了大量研究。笔者从研究对象、研究方法等角度,系统总结了产品跌落冲击耐撞性和产品耐撞性能稳健设计的研究现状,归纳了有待进一步研究的问题。     

机械冲击耐撞性与稳健设计

碰撞冲击是机电产品损坏失效的常见原因,轻则造成产品外形丧失美观,重则造成产品内在功能失效,甚至机毁人亡,因而机械产品的耐撞性受到日益广泛的关注。本文从产品跌落冲击和运载工具碰撞两个领域论述了机械系统碰撞动力学和耐撞性设计研究的发展、两领域耐撞性研究的阶段性和特点,分析了机械冲击耐撞性中的冲击参数到性能参数传递过程中的不确定性,进而探讨了机械系统产品耐撞性稳健设计优化框架。     

基于杆式弹性易损部件的非线性系统跌落冲击研究

摘要：针对多自由度缓冲包装产品设计中杆式结构部件在工作过程中容易发生损伤而引起系统失效问题,本文提出将产品主体假设为刚性,杆式结构处理成均匀分布的弹性体结构,进而建立刚性—弹性体的非线性耦合模型及运动微分方程,并运用差分方法进行求解,得到杆式易损零件非线性包装系统的数值解。算例结果表明:杆式易损部件的最大加速度位于杆的自由端,此处应力最小;最小加速度出现在杆的根部,此处应力最大。杆根部位置的最大应力是否超过弹性部件的比例极限成为产品失效的有效判据。     

乏燃料贮存格架在组件跌落事故中的冲击分析

为解决乏燃料贮存格架在组件跌落事故中的冲击分析问题,对ANSYSLS-DYNA程序在弹塑性条件下的冲击分析功能进行开发,并运用于300 MW压水堆核电厂乏燃料贮存格架受乏燃料组件撞击的仿真分析中,采用应变失效和变形失效的方法对乏燃料贮存格架进行安全评定,证明现有的设计满足安全要求。所应用的弹塑性冲击分析方法,以及对乏燃料贮存格架评定的方法同样适用于其它核电设备。     

泡沫填充多边形单锥管与双锥管斜向加载下耐撞性分析

锥形泡沫填充结构结合了泡沫填充结构与锥形结构的优势,具有优异的吸能性和抵抗失稳变形的能力。研究了具有不同横截面的泡沫填充多边形单锥管(FSPTTs)与泡沫填充多边形双锥管(FBPTTs)在四种冲击角度下的耐撞性。采用多准则评估方法(COPRAS)对不同横截面的泡沫填充单锥管与泡沫填充双锥管的综合耐撞性进行了评估。评估表明:综合考虑多种冲击角度时,圆形截面泡沫填充单锥管较其他截面泡沫填充单锥管具有更好的耐撞性;圆形截面泡沫填充双锥管较其他截面泡沫填充双锥管具有更好的耐撞性。最后,针对圆形截面泡沫填充单锥管与圆形截面泡沫填充双锥管,以最大比吸能和最小峰值力为目标,采用非支配遗传算法对这两种结构在四种冲击角度下进行了多目标优化。结果表明:当冲击角度从0°变化到10°时,两种结构的Pareto曲线变化不大,而当冲击角度从10°变化到30°时,冲击角度对Pareto曲线形状和位置有显著影响;在冲击角度为0°和10°时,圆形截面泡沫填充双锥管的耐撞性优于圆形截面泡沫填充单锥管,而在冲击角度为20°和30°时,圆形截面泡沫填充单锥管的耐撞性优于圆形截面泡沫填充双锥管。实际应用中,可以根据工程需要选择合适的结构。     

基于LS-DYNA的修枝机跌落仿真分析

目的寻找修枝机整机跌落时的易破损部件,以便针对易损部件设计更合理的结构和缓冲防护包装。方法基于Hypermesh和LS-DYNA软件对修枝机水平跌落、竖直侧向跌落这2种极限工况进行仿真分析。结果在2种工况下,旋转管均会发生应力集中,出现破损,影响修枝机使用寿命。结论在今后的产品设计中,要重点对旋转管的结构进行优化设计;在运输过程中,要着重针对旋转管部件设计合理的运输包装防护结构。     

具有简支梁式易损部件的产品包装系统跌落冲击研究

摘要:针对易损部件为简支梁式结构,建立了此易损件与产品主体耦合的非线性动力学模型;运用差分方法,设计了该模型的求解算法。算例表明：简支梁易损部件的加速度随梁的长度方向变化显著,梁的中点处应力最大,简支梁的中间位置的最大应力是否超过弹性部件的比例极限成为产品失效的一个有效标准。若不考虑易损零件作用,会得出错误的结论。     

复合材料雷达罩耐鸟撞和电磁性能综合优化设计

对蜂窝夹芯复合材料雷达罩进行耐鸟撞优化设计以及耐鸟撞和电磁性能综合优化设计,优化设计变量是雷达罩分段后的总厚度和比例等,耐撞性优化目标是最大限度的减小雷达罩的损伤面积和保护雷达罩内的设备安全,体现在数值计算中减小雷达罩的失效单元数和鸟体的剩余动能;耐鸟撞和电磁性能的综合优化目标除满足以上目标外,也要求使电磁参数指标达到最优。优化软件中集成了显式动力分析软件LS-DYNA和电磁分析软件FEKO,采用了适合于复合材料壳单元冲击损伤的Chang-Chang模型。某算例的优化结果表明：合理的优化设置可以实现蜂窝夹芯复合材料雷达罩的耐鸟撞和电磁性能优化要求,并提高工程设计效率。     

基于ANSYS/LS-DYNA的包装件跌落仿真分析

基于有限元理论,对包装件跌落冲击进行仿真分析.以Pro/E、ANSYS/LS-DYNA软件为开发平台,模拟包装件受到冲击时的力学性能和动态特性,设计合理的缓冲结构形式,运用试验的方法来验证设计的可靠性.     

椭圆形泡沫填充薄壁管斜向冲击吸能特性仿真研究

为了提高汽车在斜向碰撞中的防撞性,提出了一种新型的椭圆形泡沫填充管。以比吸能和冲击力峰值作为评价指标,采用有限元仿真的方法分析了椭圆向心率、壁厚和泡沫铝密度等参数对其斜向冲击吸能特性的影响。结果表明:向心率的减小,在小角度冲击时,可降低冲击力峰值,大角度冲击时,能提高比吸能量;比吸能和冲击力峰值与壁厚近似为线性关系;泡沫铝密度为0.153 g/cm~3时,泡沫填充管的综合比吸能最小,而冲击力峰值则随着泡沫密度的增大而增大。因此,合理地设计椭圆形泡沫填充管参数有利于提高汽车的防撞性,从而提高乘员安全性能。     

基于Hypermesh联合LS-DYNA对冰柜跌落的仿真研究

目的 优化冰柜的包装结构设计,保证冰柜在运输和搬运过程中不被损坏。方法 首先对冰柜跌落冲击进行理论分析,然后利用SolidWorks进行三维建模;使用Hypermesh对建立的模型进行前处理,基于有限元法用LS-DYNA进行跌落仿真实验,利用LS-PrePost对仿真结果进行后处理。结果 仿真结果表明,冰柜部分结构会发生塑性变形,为此对冰柜底部支撑结构进行了改进,改进后易损部位的变形量减小了1.87 mm。结论 采用Hypermesh联合LS-DYNA的仿真形式对冰柜跌落进行模拟,可以使设计者检测到产品内部受冲击后的变化特性,也可以预知设计缺陷,针对缺陷进行纠正。这样不仅能够保证设计产品的质量,而且能够大大减少生产周期、节约成本,具有很大的市场推广价值。     

采用图像格式的IDE硬盘直写记录

介绍一种采用IDE硬盘的高速图像记录系统的设计方法。该方法去掉了大量的软件编程代 之以硬盘直写图像文件的模式,将图像数据记录到硬盘的同时直接以文件形式存放。实验效果表明,采用该设计方法的记录设备做到了记录完全脱机,事后将硬盘通过USB接口直接与计算机相连,即可对图像进行访问,达到了预期的目的。     

基于ANSYS/LS-DYNA的易拉罐跌落研究

利用ANSYS有限元分析软件,通过对易拉罐不同跌落高度、不同碰撞地面的仿真分析,研究易拉罐在不同的跌落形式下的受力及变形。结果表明:随着跌落高度地增加,接触部位应力分布会扩大,并且应力也会相应地增加;面跌落相对于角跌落,应力会贯穿整个罐壁,并且向上出现不连续的传递,且逐渐减小。     

Computational analysis of impact of a bullet against the multilayer fabrics in LS-DYNA

A finite element model of the ballistic test against the multi-layer paraaramid textiles package structure has been developed in LS-DYNA. The bullet has been considered as a deformable body in contact with the fabric package represented by an interwoven yarn structure. The simplification of the model has been achieved by means of the “mezzo-mechanical” approach by avoiding the direct modeling of filaments comprising the yarns. Instead, yarns have been modeled by using thin shell elements the thickness of which represents the real thickness of yarns as it can be measured in the weave. The zones of the fabric remote from the point of impact have been presented as a roughly meshed uniform orthotropic thin shell model. The junction between the two types of zones of the fabric has been performed by means of the tie constraint and by proper adjustment of material parameters ensuring the same speeds of wave propagation in the interwoven yarn structure and in the uniform shell. Physical and numerical experiments have been performed in order to identify the material model parameters and to validate the model.     

磁存储硬盘单分子层润滑膜的制备、结构与性能

以水为亚相，研究了两种氟代芳氧基磷嗪的π-A曲线，并用LB膜技术在硬盘磁碟表面制备了X-1P和DS-2单分子层膜。用表面反射FTIR、XPS和接触角法表征了单分子层的结构和表面性能。结果表明，X-1P和DS-2单分子层均匀覆盖在磁碟表面并与磁碟发生化学键联作用，经单分子层处理的磁碟表面疏水性明显提高。     

Drop test simulation and power spectrum analysis of a head actuator assembly in a hard disk drive

This work aims to develop a method for predicting the displacement and failure of the Head Actuator Assembly (HAA) during a drop test. When a Hard Disk Drive (HDD) is dropped from a certain height, it will accelerate due to gravity until it hits the ground with a certain speed, and the head suspension system may lift off the disk and land onto it in a very short time. The impact during the head slap often leads to failure of the HAA. The pivot-bearing stiffness is a very important factor for the dynamic behavior of the HAA during a drop test. A simplified beam model with a torsional spring and a translational spring located at the end of the arm has been developed to analyze the effects of the pivot-bearing stiffness on the dynamic response of the arm in the present paper. Moreover, to further investigate a pseudo-resonance phenomenon observed by the authors in a previous work, three types of acceleration shocks different in pulse shapes (half-sine, triangular, and dual-quadratic acceleration pulses) were selected as input loadings. Dynamic analyses of the actuator arm subjected to these loadings were carried out. Numerical results show that a pseudo-resonance phenomenon occurs for the maximum relative displacement, but at different pulse widths for these different acceleration shocks. Power spectrum analyses were implemented for these different acceleration shocks. An explanation is given in terms of the acceleration power at the resonant frequency of the arm. A corollary has been derived based on a theorem developed previously by the authors. A prediction is made by the corollary and confirmed by numerical results.