薄壁箱型结构仿真与实验稳定性分析

文中以单节薄壁箱型结构为研究对象,针对不加筋和加筋2种结构形式,利用ANSYS特征值屈曲分析和实物试验对其进行稳定性研究,得到了加筋前后薄壁结构的极限失稳载荷和屈曲形态。仿真与试验结果都表明,加强筋的设置显著提高了薄壁箱型结构的极限失稳载荷,是一种非常有效的提高薄壁结构稳定性的方法。特征值屈曲分析得到的屈曲形态与试验比较一致,可方便快速地为加强筋的形状和位置优化提供理论依据。     

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。     

汽车焊点优化工艺与仿真分析

白车身结构性能是决定乘用车整车性能的重要参数,它不仅影响着振动噪声、整车耐撞及疲劳耐久等性能,同时对车辆操控性等驾驶体验也有重要的影响。通常,白车身是通过焊点连接许多薄壁结构的钣金件组成。较多的焊点对结构刚度及强度有益,但增加了焊接能耗、时间等生产成本。故优化焊点位置、减少焊点数量对降低企业成本及提高生产效率有较大的意义。     

屏蔽电机主泵定子屏蔽套屈曲稳定性分析

屏蔽电机主泵定子屏蔽套的结构稳定性关系到其运行的安全性,基于薄壁圆筒外压屈曲稳定性理论对定子屏蔽套的失稳临界载荷进行了分析,采用Algor有限元软件分别计算了定子屏蔽套屈曲临界载荷和极限载荷,得到了定子屏蔽套屈曲临界载荷和极限载荷随其厚度、半径、长度以及初始缺陷变化的规律,结果表明,定子屏蔽套厚度是对结构稳定性影响最大的因素。     

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.     

一种薄壁梁加强结构及其动态抗弯性能分析

针对大客车车身骨架侧墙立柱薄壁梁结构侧翻耐撞性能薄弱的特点,提出了一种等强度贴板加强立柱梁结构.采用LS-DYNA软件对单根悬臂方管在侧向冲击载荷下的动力响应进行了数值模拟,比较分析了不同加强方式下立柱的抗弯性能.结果表明,与薄壁方管、贴板薄壁方管和泡沫铝填充方管相比,等强度贴板方管立柱的吸能性能(或比吸能)显著提高,整体结构在指定冲击位移内充分参与变形,没有出现因局部塌陷而产生的塑性铰,说明这种加强立柱结构是客车侧翻耐撞性立柱的良好型式.     

内压标准椭圆封头弹塑性屈曲分析及失效载荷研究

采用有限元弹塑性屈曲分析,考虑椭圆封头的最大形状偏差并在过渡区施加局部厚度减薄缺陷,针对不同材料和厚径比δ_e/D_i,较为系统地讨论了内压标准椭圆封头结构屈曲载荷P_(cr)与极限载荷P_L的变化规律。研究结果表明,厚径比小于某临界值时,屈曲载荷低于极限载荷,分析模型发生屈曲破坏;厚径比大于某临界值时,屈曲载荷高于极限载荷,分析模型发生强度破坏。不同材料分析模型厚径比临界值存在一定差异,对高强钢13MnNiMoR材料而言,GB 150—2011标准防止标准椭圆封头内压弹性屈曲失效的厚径比规定偏于冒进。本文结果可为内压薄壁标准椭圆封头设计准则提供指导。     

基于高强度钢选型及成本控制的车顶结构耐撞性优化设计

针对高强度钢在车身结构设计中的应用成本与效率问题,提出一种车顶结构耐撞性设计方法,并对某车型进行优化设计。首先进行全局灵敏度分析,筛选出影响车顶强度的主要承载部件;然后将高强度钢的选型作为离散设计变量,厚度作为连续设计变量,同时对材料成本和总质量进行约束,建立车顶结构耐撞性优化的数学模型;最后,采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对主要承载部件进行优化设计。结果表明：在部件总质量和材料成本的控制下,车顶承载能力提高18.53%。该方法为高强度钢在车顶结构耐撞性优化设计中的应用提供了一种选型参考。     

基于自适应响应面法的薄壁构件耐撞性优化设计

薄壁构件在碰撞过程中产生塑性变形吸收能量,从而保护整车中其它部件。对提高薄壁结构的耐撞性能进行了研究,利用中心复合试验设计方案来选取设计点。根据这些设计点提供的数据通过最小二乘法建立了刚性板最大位移、撞击力峰值和总质量的高精度响应面。综合考虑安全性和轻量化要求,运用自适应响应面优化算法对建立的响应面进行求解计算,得到了一组最优变量值,为车身复杂结构的设计提供参考依据。     

复合材料加筋板在剪切载荷下的屈曲特性研究

通过对复合材料薄壁加筋板结构进行剪切载荷下的屈曲试验研究,得到结构的屈曲模态、屈曲失稳载荷以及破坏形式,并通过有限元方法对结构的屈曲进行数值分析,分析得到的复合材料薄壁加筋板结构的屈曲模态和试验结果一致,屈曲载荷与试验结果吻合较好.试验还发现复合材料薄壁加筋板结构有较高的后屈曲承载能力,后屈曲过程中由于桁条脱胶会造成屈曲模态的变化.还分析了筋条的连续性对屈曲载荷的影响.     

应用正交试验法汽车B柱轻量化设计分析

B柱是车身重要的承载结构件,对侧面碰撞安全具有重要影响,同时B柱也是轻量化设计的重要单元。根据B柱的结构特点和在车辆侧面碰撞中的结构形态,搭建B柱侧面碰撞仿真分析模型;根据分析结果和零件的可制造性分析,基于正交试验法对B柱的材料和厚度进行设计,并根据乘员的相对位置对激光拼焊的焊缝进行设计;根据侧面碰撞的侵入量和侵入速度对比,选出最优激光拼焊设计方案;基于侧面碰撞分析模型,对轻量化设计前后B柱的安全性进行对比分析。结果可知:随拼焊线向底部移动,危险区域的最大减薄率并不是线性增减,在可选取范围内将焊缝位置确定为距离底端380mm的位置;B柱选择拼焊板结构,下部材料为DP780,厚度为1.8mm,上部材料为DP590,厚度为1.6mm;采用激光拼焊结构的B柱重量减轻23.1%,各位置测量点的侵入量最高减少18.6%(D4位置),满足结构耐撞性的要求。     

大吨位自卸车货厢高强度钢板强度等代设计

对大吨位自卸车货厢高强度钢板等代设计问题进行了研究,以弹性力学和板壳理论为基础,推导出利用高强度钢板进行强度等代设计时板厚的计算公式,给出了具体的等代设计流程图,并对大吨位货厢进行了轻量化设计。在不改变货厢原结构情况下,实现了货厢减重1679.757kg,约32.95%,取得了较好的轻量化效果。     

基于协同优化和多目标遗传算法的车身结构多学科优化设计

在汽车车身结构NVH和侧面碰撞安全性研究中,实施多学科多目标优化的可行性设计。通过试验设计制定试验方案并进行数据采样,构建考虑整车侧撞安全性、白车身模态、静态弯曲刚度、扭转刚度和轻量化等性能的响应面近似模型,然后对车身结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后,运用多目标遗传算法结合多学科协同优化对车身结构进行多目标优化设计,获取Pareto最优化解集。研究结果表明:可靠性优化设计较确定性优化设计而言,能考虑产品设计和生产过程中的不确定性因素,保证产品稳健性;车身结构的多目标优化设计全面考虑了车身结构轻量化、NVH和碰撞安全性能等多学科之间的耦合和解耦;设计者可按需选择其满意的优化结果,这将大幅缩减产品开发周期、降低产品开发成本。     

Application of Hot Forming High Strength Steel Parts on Car Body in Side Impact

Lightweight structure is an important method to increase vehicle fuel efficiency.High strength steel is applied for replacing mild steel in automotive structures to decrease thickness of parts for lightweight.However,the lightweight structures must show the improved capability for structural rigidity and crash energy absorption.Advanced high strength steels are attractive materials to achieve higher strength for energy absorption and reduce weight of vehicles.Currently,many research works focus on component level axial crash testing and simulation of high strength steels.However,the effects of high strength steel pans to the impact of auto body are not considered.The goal of this research is to study the application of hot forming high strength steeI(HFHSS)in order to evaluate the potential using in vehicle design for lightweight and passive safety.The performance of HFHSS is investigated by using both experimental and analytical techniques.In particular,the focus is on HFHSS which may have potential to enhance the passive safety for lightweight auto body.Automotive components made of HFHSS and general high strength steel(GHSS)are considered in this study.The material characterization of HFHSS is carried out through material experiments.The finite element method,in conjunction with the validated model is used to simulate the side impact of a car with GHSS and HFHSS parts according to China New Car Assessment Programme(C-NCAP)crash test.The deformation and acceleration characteristics of car body are analyzed and the injuries of an occupant are calculated.The results from the simulation analyses of HFHSS are compared with those of GHSS.The comparison indicates that the HFHSS parts on car body enhance the passive safety for the lightweight car body in side impact.Parts of HFHSS reduce weight of vehicle through thinner thickness offering higher strength of parts.Passive safety of lightweight car body is improved through reduction of crash deformation on car body by the application of HFHSS parts.The experiments and simulation are conducted to the HFHSS parts on auto body.The results demonstrate the feasibility of the application of HFHSS materials on automotive components for improved capability of passive safety and lightweight.     

Horizontal cylinder-in-cylinder buckling under compression and torsion: Review and application to composite drill pipe

Available analytical results and experiments on the structural behavior of constrained horizontal cylinders subjected to axial compression, torsion, and gravitational loads are reviewed. Such configurations are of interest to the oil-drilling field and provide static design expressions for steel tubulars. The buckling problem is similar to restrained railroad tracks and submerged/underwater pipelines under thermal expansion. Due to outer cylinder constraint and gravitational loads, analysis has shown that long cylinders initiate buckling at loads significantly higher than classical Euler buckling loads. For these constrained long cylinders, buckling initiates in a sinusoidal mode that snakes along the lower surface of the constraining cylinder. Classic analytical expressions hold that as the axial load increases, the cylinder achieves an overall helically buckled state in which the buckled cylinder forms a helix spiraling around the inner surface of the constraining cylinder. Torsion is shown to have little effect on either buckling load but controls the sense/direction of the helical buckling. Little experimental data exist on constrained cylinder buckling, and it is unclear how the initiating sinusoidal mode transitions to the helical mode. Implications of the buckling progression for composite cylinder applications are described including the finding that composites perform poorly relative to steel on the metric of buckling due to lower density and axial stiffness; composites perform well on the metric of lock-up length when friction is considered. Based on this review and findings for composite cylinders, recommendations are made for further work.     

基于抗凹性的轿车零件的轻量化设计及耐撞性分析

基于扁壳理论推导了在集中载荷作用下，双曲扁壳的抗凹刚度的表达形式。根据扁壳中心局部产生微凹痕的临界外载荷作为汽车扁平类零件在轻量化过程中的一项重要指标。并通过仿真分析，验证了轻量化零件的耐撞性。     

基于耐撞性拓扑优化的汽车关键安全件设计

将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中,阐述了基于LS-DYNA显式有限元算法的耐撞性拓扑优化方法,并给出其迭代求解的数学模型。结合该方法,对某车辆的门槛梁进行40%偏置碰撞和侧面碰撞的并行拓扑优化,根据优化结果的材料分布情况进行了工程诠释。在整车碰撞有限元模型中对工程诠释结果进行了验证,结果表明：耐撞性拓扑优化方法行之有效,且拓扑优化结果使得车辆的碰撞性能有一定的提高。     

基于多功能结构的相控阵天线一体化设计

为了满足星载有源相控阵天线对轻量化以及承载、热控等多功能一体化的迫切需求,文中开展了轻质多功能结构相控阵天线的设计理论、制备工艺、控温特性和力学性能等研究,提出了一种基于多功能结构的星载有源相控阵天线一体化设计技术,利用轻质多功能复合安装板结构,合并平面正交一体桁架热管,在内部空间嵌埋有源功能模块,融合低剖面辐射阵面形成天线功能,制备了集控温、承载、电磁辐射于一体的多功能结构的轻质相控阵天线,并对多功能结构天线子阵进行了一体化设计和验证。结果表明,多功能结构天线系统布局改善了微波部件互联的性能,提高了有源阵列的散热和辐射效率以及系统性能,显著减小了天线阵列的剖面,大幅降低了有源阵列天线的重量。     

壳体屈曲分析中关于能力减弱系数的剖析

工程中通常采用有限元中的线性屈曲方法和非线性屈曲方法来求解壳体的屈曲载荷。对于复杂结构(如钢安全壳),若直接采用非线性屈曲方法求解,除计算工作量大外,还不容易得到符合实际要求的临界载荷。因此,工程中常通过线弹性方法来获得符合实际要求的临界载荷。介绍了壳体屈曲的线弹性理论解,然后利用ANSYS软件求解圆柱壳受轴向和侧向外压的屈曲载荷,并与理论解进行了对比;最后通过对比前人的试验结果与线弹性理论得到的上临界值来剖析"能力减弱系数"的含义和合理性。结果表明:采用线弹性方法来求解壳体屈曲问题是可行的,但必须进一步考虑"能力减弱系数"、"安全系数"和"塑性折减系数"后才能得到工程上所需的临界屈曲载荷值。     

轿车侧门碰撞强度仿真分析及优化

针对汽车侧面碰撞安全性问题,运用显式非线性有限元软件LS-DYNA对国产某轿车的侧门碰撞强度进行了仿真分析.通过对车门碰撞参数指标加以分析,得出该车门碰撞安全性较差,吸能效果不够理想的特点.利用改变车门内防撞板的结构和放置方式以及将材料由普通钢改为高强度钢的手段优化车门防撞强度.由改进前后的数值计算结果对比表明,优化后车门在侵入量,侵入速度,加速度以及吸能方面都得到了不同程度的改善,从而加强了车门碰撞强度,提高了汽车侧面碰撞安全性.