新型柔性护栏端头结构的拓扑优化

为了研发出一种能够满足我国新法规的新型柔性护栏端头,根据国内新出台的评价标准,利用汽车-护栏有限元模型仿真分析和实车足尺碰撞试验相结合的方法,并结合元胞自动机的拓扑优化方法,展开对客车碰撞条件下的新型柔性护栏端头结构拓扑优化分析。利用耐撞性拓扑优化方法,对新型柔性护栏端头设计区域进行5种不同工况下的拓扑优化分析,并得出新型柔性护栏端头结构拓扑构型;最后,利用仿真软件针对所提取的"四角弧度"端头拓扑构型进行仿真验证分析。分析结果表明:收敛构型与原构型的质量分数比为0.3的端头拓扑构型能够有效避免现有柔性护栏端头由于强度过高以致车体发生绊阻和乘员加速度过大以及翻车事故的发生,车体X、Y、Z轴的最大加速度分别为11.0、0.38、4.0g,均小于评定标准的20g,满足碰撞安全性标准要求,可为公路护栏提供足够约束力,保证公路护栏的正常防护能力。     

波形梁半刚性护栏与汽车碰撞的仿真

对一个给定的波形梁半刚性护栏结构设计进行耐撞性评价 .采用大型有限元软件ABAQUS,模拟了汽车碰撞波形梁半刚性护栏的动态响应,研究了碰撞过程中护栏的最大侧向水平位移和护栏系统的吸能特性,分析了影响护栏耐撞性的各种因素 .护栏在碰撞过程中通过变形吸收了总动能损失的30.8%的能量,对小轿车起到了很好的导向作用.通过改变汽车的重心高度,对原有设计提出了优化建议.用数值方法对车轮与地面的摩擦系数对耐撞性的影响进行了模拟.仿真计算的结果与全尺寸试验结果进行了比较,二者的趋势基本吻合,表明仿真结果的有效性.     

基于响应面法的车门防撞梁多学科设计优化

对车门防撞梁的原始设计方案进行优化,以M形截面车门防撞梁替代原管型防撞梁的设计方案,并以M形截面车门防撞梁的材料参数作为设计变量,以提高车门防撞梁的轻量化性能及其在侧面碰撞中的吸能性为优化目标,采用正交试验设计方法进行样本数据设计,使用响应面法建立车门防撞梁轻量化性能及吸能性的多学科近似模型,通过遗传法最终得到最优的车门防撞梁材料方案,在保证其质量不增加的情况下,显著提高了车门防撞梁的碰撞吸能性.     

车用吸能部件吸能特性的改进

为了改进汽车上吸能部件的吸能特性,提高汽车正面抗撞性,对常用的圆形截面和矩形截面吸能部件的变形模式和轴向压皱刚度的特性进行了研究;利用拓扑优化的方法,从调整吸能部件轴向压皱刚度观点出发,建立拓扑优化模型进行优化分析。在上述研究的基础上,提出一种新型的碰撞吸能部件,该吸能部件侧壁上沿轴向方向布置了中凹凹槽。有限元分析结果表明:在不增加部件质量、不占用更大空间的条件下,该新型吸能部件具有良好的变形模式,在变形吸能的过程中能够提供较为平稳的轴向反作用力;与圆形截面和矩形截面吸能部件相比,新吸能部件吸收冲击能量的能力显著提高。     

钢-混组合护栏的力学模型及仿真分析

针对汽车与钢-混组合护栏碰撞过程中汽车和混凝土共同变形,建立汽车与钢-混组合护栏碰撞的计算模型,并用有限元通用显式程序LS-DYNA对碰撞运动进行数值仿真分析.在分析组合护栏中各组件在碰撞中的作用的基础上对组合护栏的抗撞能力进行综合评价.因钢-混组合护栏中钢结构能够在碰撞中吸收较多的能量,所以组合护栏的防撞能力得到很大的提高.仿真分析结果证明组合护栏防撞能力相对其他类型的护栏具有较大的优势.该研究为新型防撞护栏的设计提供了新的方法.     

民用飞机客舱立柱耐坠撞特性结构优化设计

目前为了提高乘员的生存能力,民用飞机的耐坠撞性能受到越来越多重视.同时,对耐坠撞性能的结构优化设计研究也越来越广泛,客舱地板立柱就是其中很重要的吸能部件.本文参考典型的在役民用飞机客舱地板立柱结构设计经验,同时进行耐坠撞特性分析,进行结构优化设计,提供了一种飞机耐坠撞特性结构优化思路.     

京通快速路交通工程安全设施设计中的若干问题

本文对京通快速路交通安全,设施系统设计中有关反光产品的特性进行分析,结合京通快速路设计特点确定了反光产品使用类型的选取原则;论述了反光膜的特性及其组合方式;对波形梁防撞护栏立柱刚度进行计算比较,从而确定了护栏立柱类型的选取原则;对波形梁护栏端头及紧急电话护栏开口带的抛物线线形进行推导,并提供了抛物线线形护栏的设计实例及有关的解析计算。     

内凹三角形负泊松比结构耐撞性多目标优化设计

为设计出具有良好耐撞性的车辆碰撞吸能结构,以内凹三角形负泊松比多胞结构为研究对象,通过显式动力有限元软件LS-DYNA建立了此吸能结构的轴向冲击有限元模型。结合最优拉丁超立方设计方法,构建了此吸能结构的峰值冲击力PCF和比吸能SEA关于长胞壁尺寸a与胞壁厚度b的多项式代理模型,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)进行多目标优化设计,并基于适应度函数C获取一妥协解。优化结果表明:胞壁厚度比长胞壁尺寸对此吸能结构耐撞性影响更显著,通过合理匹配壁厚和长胞壁长度,能有效降低峰值冲击力,提高比吸能。     

汽车冲击防撞护栏运动响应计算机仿真

建撞立考虑汽车局部变形和护栏变形共同影响的汽车－钢筋混凝土防撞护栏连续系统的计算模型。利用计算机仿真模拟汽车冲撞钢筋混凝土护栏的全过程，给出汽车冲撞过程中的行车轨迹、减加速度响应以及钢筋混凝土护栏所受冲击力的形式与大小等。在汽车碰撞钢筋混凝土护力学运动模型基础上对辽宁省铁岭市马式堡公路大桥的防撞护栏进行了设计。     

京通快速路效能工程安全设施设计中的若干问题

本文对京通快速交通安全，设施系统设计中有关反光产品的特性进行分析，结合京通快速路设计特点确定了反光产品使用类型的选取原则；论述了反光膜的特性及其组合方式；对波菜梁防撞护栏柱刚度进行计算比较，从而确定了护栏立柱类型的选取原则，对波形梁护栏端头及紧急电话护栏开口带的抛物线线形进行推导，并提供了抛物线线形护栏的设计实例及有关的解析计算。     

面向任务的可重构模块化机器人构型设计

为解决可重构模块化机器人在应用时如何找到合适的构型来满足特定任务的问题,提出一种面向任务的可重构模块化机器人构型多目标优化方法．讨论该模块化机器人系统的基本结构,包括主要的模块和控制系统的组成结构;在任务描述的基础上,给出模块化机器人构型设计的优化模型和流程;针对特定的攀爬任务和操作任务,对模块化机器人的构型进行优化设计．仿真验证了该方法的可行性和有效性．该方法具有面向任务和多目标优化等特点,涵盖了自由度、可达性、耗能等多方面的性能优化,适用于模块化机器人的构型设计．     

自升式平台桁架式桩腿结构选型方法

为优化自升式平台桁架式桩腿结构构型,采用参数化建模技术和SESAM的Geni E软件,对不同构型桩腿的结构强度和总体性能进行评估.选取拖航工况和自存工况进行分析,结合母型资料,拖航工况时选取不同的桩腿节距构型进行强度评估;自存工况时选取不同的弦管间距和桩腿节距构型对平台抗倾覆能力、最大支反力、锁紧力以及桩腿组件UC值进行计算.以满足强度和经济性最优为原则,结合各构型桩腿结构质量,给出最优的桩腿结构构型方案.该方法快速完成了某型自升式平台的桩腿构型选取,结果表明该方法是自升式平台设计初期桩腿结构选型和优化的有效方法.     

基于连续体拓扑优化的网壳结构鲁棒构型分析

为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化;引入保留精英种群的思想,并将大爆炸算法扩展应用在质点系优化中,求得全局最优解.以四点支承双曲扁网壳为例,分析了不同荷载条件下拓扑优化得到的鲁棒构型.结果表明：大爆炸算法可以有效地应用于连续体拓扑优化的鲁棒性构型设计中;以鲁棒构型为准则的正交斜放双曲扁网壳结构优于正交正放双曲扁网壳结构;结构的鲁棒构型可以明确结构的传力路径,对结构的杆件布置和截面设计具有指导作用.     

两吨货车车架的结构拓扑优化设计

以轻量化作为目标函数,刚度和固有频率作为约束条件,对某两吨货车车架进行结构拓扑优化设计,经计算获得满足约束条件的拓扑形态,在此基础上将其进行抽象,提取实际车架模型,并对此模型进行了有限元分析.     

双激励下轮毂电机悬置构型对电动车平顺性的影响

为解决轮毂电机引入电动汽车使车辆垂向负效应加剧的问题,研究路面激励和电机垂向激励耦合下轮毂电机悬置构型对车辆垂向性能的影响. 综合分析国内外电动汽车构型影响规律,比较两种分别以电机定子和电机整体悬置作为动态吸振器车辆构型的平顺性,搭建双重激励计算模型选择优选方案,以车辆平顺性指标均方根值最小为优化目标,应用NSGA-Ⅱ算法对优选方案中动态吸振器的橡胶衬套刚度和阻尼进行优化设计,得到满足要求的构型和匹配参数,并对优化后的车辆构型进行仿真验证. 研究结果表明:两种悬置方案都缓和了由于轮毂电机引入带来的负面效应,而对择优选出的电机整体悬置方案优化后可使车身加速度降低38.53%,轮胎动载荷下降7.94%. 仿真结果证明,针对路面和电机双重激励提出的优化构型及参数,改善了轮毂电机驱动电动汽车的垂向负效应,提高了车辆平顺性和安全性.     

Analyses of mechanically-assembled 3D spiral mesostructures with applications as tunable inductors

Mechanically-guided assembly allows the formation of 3D spiral-shaped inductors through controlled buckling, which could provide an increased quality(Q) factor and broadened working angle in near field communication, as compared to the planar design. An understanding of the microstructure-property relationship is essential in the design optimization of the assembly process. This work presents a theoretical model to analyze the deformations during the assembly of the 3D spiral-shaped mesostructure from a bilayer precursor that consists of a supporting ribbon and a 2D coil on its top. As validated by both the experiments and finite element analyses(FEA), this mechanics model allows accurate predictions of the assembled 3D configurations. In combination of electromagnetic simulations, we investigated the effects of various key design parameters on the final 3D configuration and the Q factor when operated as an inductor. The results suggest a significant role of the gravity effect on the assembled spiral configuration, especially for flexible coil designs with relative small cross-sectional areas or long wires.This study can serve as a reference for the design of spiral-shaped 3D inductors in different device applications.     

复合材料圆柱壳的能量吸收能力分析

根据壳体理论,分析了复合材料圆柱壳的轴向压缩刚度,采用迦辽金方法分别按Ｌｏｖｅ理论和Ｄｏｎｎｅｌ理论研究 轴向压缩屈曲载荷;通过对试验数据的处理,分析了稳态压缩过程中渐进压缩的平均压碎力与纤维缠绕角度,圆柱的横截面积之间的关系,研究表明,在静态载荷作用下,纤维缠绕角度对能量吸收能力有较大的影响,随缠绕角度增加,能量吸收能力提高,由以上分析,给出了复合材料圆柱壳在静态压缩载荷作用下的能量吸收能力预报     

Design of structural left-handed material based on topology optimization

An effective method to design structural Left-handed material(LHM) was proposed. A commercial finite element software HFSS and S-parameter retrieval method were used to determine the effective constitutive parameters of the metamaterials, and topology optimization technique was introduced to design the microstructure configurations of the materials with desired electromagnetic characteristics. The material considered was a periodic array of dielectric substrates attached with metal film pieces. By controlling the arrangements of the metal film pieces in the design domain, the potential microstructure with desired electromagnetic characteristics can be obtained finally. Two different LHMs were obtained with maximum bandwidth of negative refraction, and the experimental results show that negative refractive indices appear while the metamaterials have simultaneously negative permittivity and negative permeability. Topology optimization technique is found to be an effective tool for configuration design of LHMs.     

Optimal measurement configurations for kinematic calibration of six-DOF serial robot

An optimal measurement pose number searching method was designed to improve the pose selection method. Several optimal robot measurement configurations were added to an initial pre-selected optimal configuration set to establish a new configuration set for robot calibration one by one. The root mean squares (RMS) of the errors of each end-effector poses after being calibrated by these configuration sets were calculated. The optimal number of the configuration set corresponding to the least RMS of pose error was then obtained. Calibration based on those poses selected by this algorithm can get higher end-effector accuracy, meanwhile consumes less time. An optimal pose set including optimal 25 measurement configurations is found during the simulation. Tracking errors after calibration by using these poses are 1.54, 1.61 and 0.86 mm, and better than those before calibration which are 7.79, 7.62 and 8.29 mm, even better than those calibrated by the random method which are 2.22, 2.35 and 1.69 mm in directions X, Y and Z, respectively.     

Optimal measurement configurations for kinematic calibration of six-DOF serial robot

An optimal measurement pose number searching method was designed to improve the pose selection method.Several optimal robot measurement configurations were added to an initial pre-selected optimal configuration set to establish a new configuration set for robot calibration one by one.The root mean squares (RMS) of the errors of each end-effector poses after being calibrated by these configuration sets were calculated.The optimal number of the configuration set corresponding to the least RMS of pose error wa...