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。     

双层分级吸能结构优化设计

为提高汽车的安全性,确保在增加结构吸能量的同时又不增大碰撞峰值力,引入分级吸能的设计思想,提出一种新型的吸能结构,采用显示有限元软件对该分级吸能结构进行动态轴向压缩模拟。同时,以结构的壁厚及宽度为设计变量,采用响应面法,并结合正交试验设计进行优化,优化过程中建立了结构的比吸能和初始碰撞峰值力的多目标优化标函数,采用权重法求得该分级吸能结构的壁厚和宽度的最优解。       

具有诱导凹槽薄壁圆管斜向碰撞性能分析

采用有限元软件LS-DYNA进行数值模拟计算,得到具有圆弧形诱导槽薄壁圆管在不同倾斜载荷角冲击下的碰撞响应,研究诱导槽数量对斜向冲击吸能特性和最大峰值冲击载荷的影响.数值计算结果表明,具有诱导槽结构薄壁圆管在斜向冲击下的吸能能力和最大峰值冲击载荷均明显优于无诱导结构的薄壁圆管.     

仿牛角结构薄壁管吸能特性仿真分析

为了提高薄壁金属管的耐撞性能,通过相似性分析,选择牛角作为生物原型。提取出决定牛角耐撞性能的结构特征参数,并应用到薄壁管的设计中,从而设计出一种具有牛角结构特征的仿生管。应用非线性有限元法对仿生管的变形模式和能量吸收进行了仿真分析,并与四晶胞锥管和普通圆锥管进行了对比,结果表明:在轴向碰撞时,仿生管的变形模式为渐进叠缩稳态变形,其比吸能为46.2kJ/kg,分别比四晶胞锥管和普通锥管的比吸能提高了1.3和1.8倍,仿生管的耐撞性能随着芯体壁厚的增加而提高;在横向碰撞时,与四晶胞锥管和普通圆锥管相比,仿生管具有较高的耐撞性能,其比吸能为10.4kJ/kg。将牛角结构特征应用到薄壁管的设计中,可以有效提高薄壁管的耐撞性能,为车辆吸能元件的研发提供参考。     

泡沫铝填充件对薄壁圆管结构压缩稳定性提高的研究

采用非线性有限元LS-DYNA软件仿真与试验两种方法,研究了泡沫铝填充件对薄壁圆管碰撞稳定性的改善.首先,根据碰撞力要求,设计选择了薄壁圆管及泡沫铝填充件各参数;通过样件试验与有限元仿真计算,两者获得了较为一致的结果,从而证实了设计的合理性及非线性有限元仿真的可行性.最后,把上述结果应用于列车被动安全装置防爬器的碰撞仿真中.     

地铁车辆吸能装置耐碰撞性分析

吸能装置是确保地铁列车具有良好耐碰撞性能的一种重要部件.为实现地铁车辆吸能装置的结构优化,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对不同厚度、不同横截面形状的薄壁结构碰撞性进行了仿真分析,分析结果表明,吸能装置的性能与其横截面的形状、壁厚的选择紧密相关.条件相同时,吸能装置的吸能能力与壁厚成正比,但壁厚增加时,界面力也随之增大,在吸能结构的设计中,需综合考虑.以地铁头车为研究对象,对安装了吸能装置的地铁头车进行了碰撞仿真,得到车体吸能装置碰撞过程变形情况和碰撞能量-时间历程,结果表明该结构吸能装置具有良好的吸能特性.     

某乘用车正面碰撞性能分析及结构优化

在有限元软件Hypermesh中建立了某乘用车有限元模型,利用LS-DYNA有限元软件对某轿车进行了100%的正面碰撞仿真分析。以降低碰撞中B柱加速度及前围侵入量为优化目标,对其主要吸能部件进行了结构改进,使该型车碰撞性能得到了提升。     

铝合金保险杠吸能盒碰撞吸能特性

为了改进某轿车保险杠的吸能特性,同时实现保险杠轻量化设计,建立吸能盒有限元模型,基于LS-DYNA软件进行了碰撞仿真。对5种不同截面形状的单腔铝合金吸能盒和4种多腔铝合金吸能盒的吸能特性进行了对比分析,探讨了壁厚对碰撞吸能特性的影响。研究表明:在5种单腔结构中,八边形截面形状吸能盒吸能特性最好;多腔结构吸能盒的吸能特性比单腔结构显著提高;在一定范围内增加吸能盒壁厚,吸能量和比吸能均显著增加。     

不同诱导结构轴向抗撞性分析

研究了圆截面薄壁构件的变形方式和吸能特点,针对其在碰撞过程中力-变形特性曲线的不足,根据预变形理论,对薄壁圆管结构进行了改进,在其上设置圆弧形诱导凹槽、凸槽和凸凹交替诱导槽,并采用有限元软件Ls-dyna验证了改进方案的合理性。     

基于响应表面法的分级吸能结构优化设计

设计了一款由3层方管组成的分级碰撞吸能结构。为得到吸能结构的最优方案,运用正交试验法从27种设计方案中确定了9个试验样本,并通过非线性有限元法对其碰撞吸能过程进行了仿真分析。在此基础上,应用响应表面法得到吸能结构参数与吸能评价指标的非线性映射关系。通过优化得到了最佳方案,明显提高了方案优选效率和吸能能力。     

复合材料圆管轴向冲击试验与数值模拟

为了探究CF3052/5224复合材料圆管的轴向吸能性能,设计了含薄弱环节的复合材料圆管,进行了轴向动态冲击的试验研究,并分析了其损伤形貌.结果表明,含切角薄弱环节的圆管发生了渐进失效破坏.结合改进的Hashin损伤判定准则,基于MSC.Dytran有限元分析平台对其进行了数值模拟,模拟得到了能量评估参数比吸能SEA(special energy absorption)和平均载荷值,将模拟结果与试验结果进行了对比分析,其平均压溃载荷相对误差不超过15%,能够满足工程应用要求.     

玻璃纤维蜂窝管压缩试验及力学性能研究

针对复合材料压缩载荷及吸能特性现有研究的不足,提出不同壁厚、不同胞元数量的玻璃纤维蜂窝管结构,采用万能试验机进行静态压缩试验。结果表明：蜂窝管壁厚值较小时,其主要失效形式为纤维断裂;壁厚值较大时,其失效形式为纤维断裂损伤及纤维层分层。压缩峰值载荷及总吸能随胞元数量及壁厚值增加而增大,比吸能仅随其壁厚值增加而增大。壁厚值0.4 mm的单胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最小值2.11 kN,对应的能量吸收总量为23.9 J,比吸能为7.96 J·g^-1;壁厚值0.8 mm的八胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最大值53.1 kN,对应的能量吸收总量为1 353.6 J,比吸能为36.88 J·g^-1。     

基于汽车正面碰撞的吸能盒设计及优化

对汽车正面碰撞有限元模型进行了分析,建立了可替代整车碰撞模型的子模型,并对其进行验证。在所建立的子模型的基础上,设计出了双层波纹管样式的吸能盒结构,利用自适应响应面法对其厚度进行优化设计。整车碰撞仿真结果表明:吸能盒结构吸收的能量比原结构提高了14.2%,纵梁碰撞力比原结构减小了15.3%。     

轿车侧面碰撞安全性分析

针对某中低档轿车侧面碰撞安全性差的情况,建立了该轿车侧面碰撞仿真模型,对其侧面车身结构进行改进,合理地利用车体结构和材料特性来改善汽车碰撞时的变形模式和吸能机理。改进前、后的侧面碰撞仿真结果表明,优化后车门和B柱的侵入量以及B柱侵入速度明显减小,车辆的侧面碰撞安全性得到显著提高。     

考虑汽车正面低速碰撞角度偏差的 吸能盒性能优化设计

汽车发生正面低速碰撞时,由于各种因素的影响,不能达到百分之百的正面碰撞。因此,运用非线性有限元LS-DYNA仿真软件对碰撞方向偏差±6°的汽车正面低速碰撞进行了仿真模拟,在确保吸能盒在正面碰撞过程中能够吸收一定能量的基础上,当汽车的碰撞角度发生偏差时也能够使吸能盒具有良好的吸能效果,保障车辆与乘员安全。并通过定义目标优化函数及仿真研究进行了吸能盒优化设计,得到优化后吸能盒的碰撞吸能数值及碰撞角度变化时碰撞吸能的变化情况,从而得出具最佳吸能性能吸能盒的设计变量,即吸能盒壁厚1.5 mm、长180 mm、边数为6,此结构下在碰撞角度偏差±6°时,其T值最小。     

轨道卧铺客车碰撞吸能特性研究

根据耐碰撞车体结构原理设计出具有吸能效果的耐碰撞性车体,进行了车体结构一、二位车端撞击刚性墙仿真研究,结果表明,该车体中车端结构产生塑性大变形,客室结构无塑性变形,车体耐碰撞性明显得到改善,车体纵向刚度分布合理。建立了单节客车碰撞动力学模型,仿真研究车钩缓冲特性,结果表明,带有车钩及防爬吸能装置的车体结构具有较好的吸能特性,在防爬吸能元件压溃行程全部压缩后,车体端部产生塑性变形吸能碰撞能量,客室未发生塑性变形。     

双面梯度多角薄壁结构的吸能特性

梯度厚度和多折角设计是提升薄壁结构吸能效率的两种有效策略,将这两种策略联合,提出了具有双面梯度厚度的多角薄壁结构(包括方管和非凸多角管),并对其在轴向冲击下的力学行特性进行了理论分析,推导了该结构的平均撞击力理论模型。基于显示非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该结构进行了仿真实验研究,且仿真实验结果与理论预测值有较好的一致性。实验结果表明:增加折角数和提升厚度梯度均可有效提升管件的吸能效率。作为梯度厚度策略与多角薄壁结构的联合,具有双面梯度厚度的非凸多角管相比传统均匀厚度的方管在比吸能上提高148%～205%,充分展现了这种联合策略在提升薄壁结构耐撞性方面的高效性。     

玄武岩纤维增强复合材料管件准静态压缩试验

以三维四向编织玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)为研究对象,分别对编织角为30°、45°和60°的圆形和方形两种类型的玄武岩增强复合材料管件进行准静态压缩试验。结果表明:不同的编织角度和截面形状对玄武岩增强复合材料管件的压缩吸能特性均有显著的影响。方形和圆形两种截面类型管件的最大承受载荷均随着编织角增大而降低;在保证纤维含量近似相等的条件下,圆管的峰值载荷大于方管,其中编织角30°时圆管的峰值载荷相较于方管高出了50%左右;能量吸收方面,圆管的比能量吸收值较高,整体的吸能特性要优于方管;管件的破坏模式与编织角有关,与管件截面形状关系不大。     

泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管构件轴压力学性能

薄壁金属构件与吸能泡沫材料组合形成的复合构件具有优越的耗能性能,本文将泡沫铝填充至6082-T6高强铝合金圆管中作为建筑结构中的耗能复合构件。为获得泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管在轴压荷载下的响应特征、破坏机理及耗能性能,进行了20组不同径厚比和高径比的铝合金空管以及泡沫铝填充复合管的轴压试验。构件表现出3种破坏模式:劈裂破坏、叠缩劈裂破坏、叠缩劈裂+不规则变形破坏。填充泡沫铝能够有效改善构件在轴压荷载下的变形能力,避免其发生不规则变形破坏,并提高构件耗能能力。基于有限元分析平台LS-DYNA提出了合理的有限元建模方法并开展了参数分析,结果表明:构件峰值承载力与吸能能力均随壁厚和管径的增大而增大。当高径比增大时构件在轴压荷载下发生失稳破坏,而填充泡沫铝后构件发生失稳破坏的临界高径比增大。     

组合蜂窝结构的面内压缩及吸能性能

针对一种新型组合蜂窝结构(SCCH)开展研究,该结构将方形管与圆形管进行组合,充分发挥了圆形管的吸能优势和方形管的变形优势。通过试验与有限元仿真,对比了SCCH结构与传统圆形蜂窝结构(CH)在面内压缩的力学性能和不同应变时的变形行为。结果表明,SCCH结构的总吸能为0.198 kJ、平均压缩力为5.50 kN、初始峰值压缩力为6.80 kN、比吸能值为6.22 kJ/kg,均优于CH结构。此外,SCCH结构的比吸能明显高于其他常见的蜂窝结构,具有优异力学性能和吸能性能的SCCH结构,可为设计具有高吸能能力的蜂窝结构提供有益借鉴和设计基础。