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。     

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...     

基于高强钢与材料填充的白车身耐撞性轻量化设计

车身结构在碰撞中承担着变形吸能、传递碰撞力以及维持生存空间的作用,基于耐撞性前提下的白车身轻量化设计,有助于提高车辆动力性与燃油经济性,降低排放。将车身结构碰撞形式分解为轴向压溃与横向弯曲两种工况,通过研究不同等级高强钢板与不同类型材料填充组合结构在两种工况下的吸能与抗弯性能,得到针对安全部件与模块的优化结论。将这些结论应用于某量产SUV车身,仿真分析表明该方法不仅提升了车身耐撞性能,同时降低了白车身质量,实现了车身的耐撞性与轻量化设计。     

组合薄壁直梁的耐撞性研究

针对汽车前部纵梁结构的耐撞性要求,设计了在矩形空心管内部填充成组圆管的组合梁结构,研究了组合直梁在轴向冲击载荷下的能量吸收与变形特性,并进一步研究了填充圆管直径和长度等参数变化对组合梁的性能影响。结果发现,矩形薄壁梁内部填充圆管以后,结构的碰撞吸能特性得到较大程度的提高;通过合理的改变填充圆管的数量和长度,可以较好地调整结构压溃过程中的碰撞力峰值载荷和均值载荷。     

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。     

不同截面形状薄壁梁的轴向吸能特性研究

以汽车前纵梁结构为研究对象,运用数字模拟仿真和动态试验相结合的方法研究了截面形状对薄壁梁吸能特性的影响。首先在引入平均压溃载荷理论公式基础上,对影响平均压溃载荷的参数特性进行了分析,然后利用HYPERMESH/LS-DYNA非线性有限元软件对不同截面形状薄壁梁的吸能特性进行碰撞仿真模拟和计算,最后通过落锤试验对模拟仿真结果进行对比分析,验证了各截面参数变化对薄壁梁吸能特性的影响。结果表明:通过增加截面折叠单元(SFE)数目、增加相邻边夹角等措施能够有效提高薄壁梁的吸能特性,使变形模式更加稳定、规则。     

单胞及多胞铝合金薄壁梁吸能特性研究

对单胞、方孔多胞及蜂窝多胞三种薄壁梁进行了不同碰撞形式的仿真计算;利用台车碰撞试验台对蜂窝铝与方管铝薄壁梁结构的变形模式和变形量进行分析。结果显示,在相同的初始碰撞动能情况下,方孔多胞结构的压溃量最小,且以叠缩压溃的稳定变形模式进行;而在压溃量相同时,方孔多胞结构的吸能量最大,碰撞过程的材料利用率最高,其碰撞力峰值与均值差别最小。因此,方孔多胞薄壁梁应用于车身结构可以显著提高车辆的耐撞性能。     

接触强度和诱导槽对泡沫铝锥管耐撞性分析

针对汽车前纵梁耐撞部件吸能盒结构形式,研究了功能密度梯度泡沫铝填充铝合金锥管在低速冲击下的耐撞性模型优化。通过对泡沫铝填充锥管的轴向低速压溃仿真分析,获得仿真变形状态、载荷及比吸能量对位移的曲线,并对比分析仿真和实验数据,证明仿真模型的有效性。以泡沫铝内核与锥管的接触强度为研究对象,研究其对泡沫铝填充锥管吸能性能的影响。最后提出基于强粘结接触模型的含有诱导槽的功能密度梯度泡沫铝填充模型,并研究其耐撞性。研究表明,具有诱导槽的强粘结泡沫铝填充锥管在碰撞中的峰值载荷更低,载荷变化更平稳,比吸能更大,是一种在汽车制造工程应用中可以考虑的新型吸能结构。     

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     

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.     

车辆薄壁结构碰撞性能的研究

利用显有限元方法对4种典型车用薄壁结构进行正碰碰撞仿真,得到其的变形模式、吸能规律、冲击力、速度等一系列参数,分析了不同结构耐碰撞性能的优劣,为车辆耐碰撞性能的设计和构件截面形状的优化奠定了基础。     

基于薄壁梁压溃理论的商用车被动安全性提升研究

为使某企业商用车被动安全性提升到欧盟ECE R29-03标准,进行基于薄壁梁压溃理论的碰撞性能仿真及优化研究。首先,建立正面摆锤碰撞驾驶室虚拟试验模型,并以国内《商用车驾驶室乘员保护》标准对驾驶室进行正面摆锤撞击仿真试验,对比实车试验以验证驾驶室虚拟试验模型的准确性。其次,基于矩形截面薄壁梁纵向压溃理论,推导多直角截面薄壁梁纵向压溃吸能理论表达式。然后,依据碰撞中驾驶室地板纵梁压溃反力随时间变化曲线,提出一种基于多直角薄壁梁纵向压溃理论的双帽型结构吸能器,进而进行吸能器参数的优化设计。最后,在欧盟ECE R29-03标准的试验工况下进行正面摆锤撞击仿真验证新型吸能器结构的有效性,提升了商用车被动安全性,为改进平头商用车被动安全性提供理论基础。     

CFRP缠绕薄壁铝圆管的轴向压溃吸能特性分析

采用仿真与试验结合的方法,探讨缠绕方式为[±45°/90°]碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝混合薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的压溃失效形式与吸能特性。通过准静态轴向压缩试验得到混合圆管的压溃变形历程、压溃模式以及初始压溃载荷、平均压溃载荷等吸能特性参数。依据试验样件建立混合管有限元模型,利用Abaqus/Explicit获得了与试验吻合度较好的模拟结果,重现了混合管在准静态载荷下的压溃失效行为。基于仿真结果发现与铝管相比,混合管的初始压溃载荷、平均压溃载荷、比吸能及载荷效率分别提升了97.6%、93.3%、57.8%和5.9%。并选取压溃载荷阶段性峰、谷点对混合管形态及各层纤维损伤失效形式进行了分析。结果表明:在混合管结构完整时,轴向载荷主要由纤维承载,在压溃破坏阶段,纤维损伤失效模式随纤维缠绕角度、铝管压溃形态以及CFRP/Al粘接界面状态等产生变化。随后对比了三种不同结构形式CFRP/Al混合圆管的吸能特性,发现外层缠绕[90°/±45°]CFRP/Al混合圆管吸能性最好。     

一种多层嵌套薄壁管的吸能特性仿真分析

为了提高薄壁金属管的耐撞性能,提出一种多层嵌套方形薄壁管结构。应用非线性显式有限元法对多层嵌套薄壁管的吸能特性进行了仿真分析,并与普通方管和对称四胞管进行了对比,分析结果表明:在轴向碰撞过程中,多层嵌套薄壁管的变形模式为稳定的渐进层叠变形,其比吸能为25.72 k J/kg,较普通方管和对称四胞管分别提高了64%和31%;通过减小内嵌壁的壁厚可以达到结构轻量化设计目标;通过缩短内嵌壁和约束筋的高度可以有效地降低碰撞初始峰值载荷。将多层嵌套结构应用到薄壁管结构设计中可以有效地提高薄壁管的耐碰撞性能,为车辆吸能元件研究和工程应用提供了参考。     

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。     

两种截面结构车架纵梁轴向碰撞性能分析

运用非线性有限元理论建立了方形和方锥形2种不同截面薄壁直梁的有限元模型,研究了这2种截面薄壁直梁结构在轴向冲击载荷作用下的能量吸收与变形特性,并对其碰撞性能进行了对比分析。结果表明,在低速和高速时方锥形截面薄壁直梁的变形吸能较稳定,其碰撞性能比方形梁好。     

薄壁梁轴向压溃力的影响参数

薄壁梁被广泛应用于吸能元件,其轴向压溃变形是一种理想的吸能模式。基于VCS(Visual CrashStudio)模型,采用正交试验法研究了影响薄壁梁轴向压溃力的设计参数。在此基础上,分析了既能使薄壁梁保持一定吸能水平,又能降低力的波动范围促使变形更稳定的途径,采用有限元模型对分析结果进行了验证。研究表明,改变截面几何形状使截面的折角数目增多,同时降低板厚可以达到上述目的。     

汽车碰撞仿真中的连接失效模拟

描述了汽车碰撞仿真研究中连接方式的模拟方法 ,讨论了各种连接方式的不同约束条件和失效准则。本文通过一个典型的闭口帽型截面的薄壁梁在轴向碰撞载荷下的屈曲模态给出了不同强度的连接方式所产生的不同溃缩模式 ,进而分析了连接失效对载荷 -位移曲线和碰撞吸能特性的影响 ,为利用有限元仿真进行碰撞结构设计提供了依据     

自相似仿生层次多胞薄壁管的耐撞性研究及优化

仿生结构以其优异的力学性能被广泛的应用于各种机械结构中。为了提高薄壁结构的耐撞性,将结构仿生学概念引入其结构设计中,提出了一种新型的多胞薄壁吸能结构。采用了理论和数值模拟技术对0~2阶次层次截面的薄壁结构进行对比分析,结果表明:随着仿生层次结构的不断增加,仿生薄壁结构的吸能特性与变形模式进一步提升。同时,结合响应面法和遗传算法对2阶层次截面的薄壁结构进行了优化,并得到了相应的Pareto前沿图,为薄壁结构的耐撞性设计提供了新思路。     

泡沫填充薄壁结构的抗弯性分析及多目标优化设计*

泡沫铝填充薄壁结构具有轻质、较大承载能力以及高效吸能特性,越来越多地应用于各种工程结构。提出一种新颖的轴向梯度泡沫填充薄壁结构,采用试验与数值分析的方法,系统地分析空管、均匀泡沫填充及梯度泡沫填充薄壁圆管在弯曲工况下的力学响应及能量吸收特性。研究发现,泡沫填充薄壁结构比空管具有更好的抗弯性能。与均匀泡沫填充结构相比,梯度泡沫不仅使得填充薄壁结构的变形模式从单褶皱模式变为多褶皱模式,截面扁化量和抗弯刚度损失显著减小,而且有效地提高了填充结构的承载力及吸能特性。为了进一步探索填充结构的最优耐撞性,结合Kriging近似技术与粒子群数值优化方法,对均匀泡沫和功能梯度填充泡沫薄壁结构进行多目标优化设计,得到了泡沫填充薄壁结构耐撞性的最佳参数匹配设计,并有效提高了结构的抗弯性能,为泡沫填充薄壁结构抗弯性设计提供了参考依据。