基于轻量化材料防撞梁的低速碰撞性能研究

为探究轻量化材料与结构对防撞梁性能的影响,本工作选取铝合金和碳纤维两种材料为研究对象,针对这两种材料分析了开口和闭口防撞梁低速碰撞性能的差别。基于碳纤维材料的结构,分析了碳纤维材料的力学性能,同时运用数值模拟建立了低速碰撞模型,研究了铝合金和碳纤维防撞梁在碰撞过程中的最大侵入量、侵入加速度以及侵入力随时间的变化,最后运用试验进行验证。研究结果表明,开口铝合金防撞梁和碳纤维防撞梁对碰撞加速度的波动范围影响要小于闭口铝合金防撞梁;同时与闭口铝合金防撞梁相比,开口铝合金防撞梁和碳纤维防撞梁的最大侵入量减小8.2%、18.6%;碰撞过程中闭口铝合金防撞梁受力最大,然后依次是碳纤维防撞梁、开口铝合金防撞梁。试验结果与数值模拟相符,进一步说明探究结果的合理性。     

超弹性可导向防撞垫设计

基于耐撞性拓扑优化方法以及稳健性设计方法,设计出了一种高等级超弹性可导向防撞垫,可在实现轻量化要求的同时实现可导向防撞垫整体质量最优.以实现能量吸收最大化为优化设计目标,对防撞垫的吸能单元进行耐撞性拓扑优化分析,确定吸能单元的最优传力路径,提取构型清晰的吸能单元;对建立的可导向防撞垫有限元模型进行了碰撞安全性验证.将试...     

CFRP防撞梁低速碰撞渐进损伤及优化

为预测和控制低速碰撞中碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）防撞梁损伤程度,建立了含CFRP防撞梁的有限元显式动力学碰撞模型,防撞梁层内采用实体复合材料模拟其力学特性,采用Cohesive单元模拟CFRP层间相互作用。发展了基于Tsai-Wu张量理论的VUSDFLD子程序用于判定碰撞过程中复合材料单元6个方向损伤,失效单元按照突降退化模型进行刚度折减,利用Johnson-Cook本构模型模拟铝合金强化层碰撞损伤,其失效单元采用线性连续退化模型进行刚度折减。通过[±45°/45°/0°/0°/90°/-45°/0°/0°/90°]_s和[±45°/45°/0°/0°/0°/-45°/90°/-45°/0°/0°/90°]_s两种CFRP防撞梁铺层结构碰撞结果与含铝合金强化层CFRP防撞梁碰撞结果对比可知,在层内单元数相同的情况下,CFRP防撞梁增设4层复合材料铺层后,失效单元数量降低明显;碰撞过程中含铝合金强化层的多材料混合防撞梁结构在质量基本不变的情况下,失效单元数显著降低。结果表明,所开发的VUSDFLD子程序能够用于复合材料防撞梁的显式动力学碰撞...     

复合材料防撞梁低速碰撞优化设计

复合材料由于其较高的比刚度、比强度而成为重要的轻量化材料,推广其在汽车上的应用可有效缓解当前人类面临的环境污染和能源短缺问题.基于某款汽车铝合金前防撞梁,开展了复合材料替代设计,可实现减重27％,并采用碳纤维湿法模压成型工艺进行制备后,进行了RCAR标准下正面40％重叠碰撞实验;同时,利用有限元软件LS-DYNA构建了...     

防撞梁结构设计与碰撞性能研究

目的 研究汽车防撞梁材料选择和结构设计对汽车安全性的影响。方法 通过对汽车防撞梁的概念及特性进行总结归纳,并比对不同材料和不同结构的防撞梁对其安全性的影响,并通过仿真模拟探究不同材料下的碰撞性能。结果 结构最优情况下,增强竹纤维复合材料防撞梁在其碰撞测试过程中表现出位移较低且修复性能较强等特性。结论 该结果表明了增强竹纤维复合材料具有较好的保护性能,增强竹纤维复合材料相较于其他传统材料而言具有可降解的优异特性和良好的可回收性,为现代汽车设计提供了良好的参考建议,有利于汽车工业的良性发展,也有助于进一步提升整车的安全性能。     

碳纤维表面改性提高其树脂基复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

随着大数据、物联网和新能源汽车等新兴产业的快速发展,相关电子设备与元器件向高性能化、高集成化、轻量化、精密化等方向迈进。随之产生的电磁干扰会威胁人体健康、信息安全以及各种电子设备的正常工作,因此迫切需要高性能的电磁屏蔽材料。碳纤维具有优异的力学性能和良好的导电性,其树脂基复合材料更是兼具质量轻、比强度/模量高、耐疲劳性好、可设计性强以及良好的电磁屏蔽性能等优势。但与传统的金属材料相比,碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能较低,为了进一步提高其电磁屏蔽性能,通常需要对碳纤维进行表面改性。本文介绍了碳纤维复合材料的电磁屏蔽机理,综述了不同的碳纤维表面改性方法以及对碳纤维增强树脂基复合材料的电磁屏蔽性能的影响,分析了各种碳纤维表面改性方法的优缺点,进一步对碳纤维增强树脂基电磁屏蔽复合材料的发展趋势进行了展望。     

碳纤维复合材料保险杠铺层优化设计研究

对碳纤维复合材料保险杠碰撞性能进行研究,并进行铺层优化设计。先在HyperStudy中进行试验设计获得大量试验数据,然后采用HyperKriging方法构建近似模型,随后采用遗传算法进行铺层优化,最后将最优解重新代入原模型,进行运算验证。相对于原钢制保险杠,优化后的碳纤维复合材料保险杠有更佳的安全性能,且质量显著减轻,减轻63.3%。碳纤维复合材料对于汽车碰撞安全性及轻量化具有重要的研究意义。     

基于灰色关联分析的碳纤维增强树脂复合材料控制臂铺层优化

采用碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)对悬架控制臂进行轻量化设计,为了充分发挥CFRP优异的力学性能,对CFRP控制臂进行多目标铺层优化。基于CFRP力学性能试验结果构建控制臂有限元模型,并通过有限元仿真对比分析钢质控制臂和CFRP控制臂结构性能。综合考虑质量、模态频率、刚度和强度等性能,基于正交试验设计方法,并结合灰色关联分析和主成分分析,对CFRP控制臂铺层参数进行多目标优化,确定最优铺层方案。结果表明,相比于原钢质控制臂,除纵向刚度略有下降外,CFRP控制臂其余结构性能指标均有所改善,并且质量降低40.23%,减重效果显著。     

汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化

基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。     

Al/CFRP混合薄壁结构耐撞性能可靠性优化设计

轻量化是实现汽车产业向安全、节能、环保发展的一个重要途径。Al/CFRP（carbon fiber reinforced plastic，碳纤维增强复合材料）混合材料能够在提升轻量化效果的同时兼顾材料成本和结构耐撞性能。为探索方形截面Al/CFRP混合薄壁结构的最佳组合方式，首先，制备了Al方管、CFRP方管和Al/CFRP混合方管，并开展准静态压溃实验。然后，建立能够精确模拟Al/CFRP混合方管压溃响应的有限元模型。最后，将试验设计方法、代理模型技术、多目标优化算法和蒙特卡罗模拟技术相结合，对Al/CFRP混合方管分别进行多目标确定性与可靠性优化设计，并对效果较好的可靠性优化解进行仿真验证。准静态压溃实验结果表明，Al/CFRP混合方管具有优异的耐撞性能；优化结果表明，可靠性优化解的约束可靠度相比于确定性优化解提高了10.96%，大大降低了失效概率，具有更强的实用性。研究结果有望对Al/CFRP混合薄壁吸能构件的优化设计提供参考。     

汽车前纵梁吸能盒结构耐撞性多目标优化

吸能盒上诱导槽的分布形式对汽车碰撞性能有很大影响.以汽车前纵梁吸能盒结构为对象,建立整车正面碰撞仿真模型,对吸能盒结构的耐撞性进行了多目标优化设计.以吸能盒上诱导槽之间的间距为设计变量,使用Hammersley方法采集样本点后,以车辆吸能盒的最大吸能量E、最大刚性墙反力F以及车身最大加速度a为目标函数,通过krigin...     

Interval-Based Uncertain Multi-Objective Optimization Design of Vehicle Crashworthiness

In this paper, an uncertain multi-objective optimization method is suggested to deal with crashworthiness design problem of vehicle, in which the uncertainties of the parameters are described by intervals. Considering both lightweight and safety performance, structural weight and peak acceleration are selected as objectives. The occupant distance is treated as constraint. Based on interval number programming method, the uncertain optimization problem is transformed into a deterministic optimization problem. The approximation models are constructed for objective functions and constraint based on Latin Hypercube Design (LHD). Thus, the interval number programming method is combined with the approximation model to solve the uncertain optimization problem of vehicle crashworthiness efficiently. The present method is applied to two practical full frontal impact (FFI) problems.     

Experimental evaluation of the crashworthiness for lightweight composite structural member

The recent trend in vehicle design is aimed at improving crash safety and environmental-friendliness. For the former, energy absorbing members have to absorb sufficient collision energy, whereas for the latter, the vehicle structure must be lightweight in order to improve fuel efficiency and reduce tail gas emission. Therefore, the weight of the vehicle must be minimized while ensuring crash safety. In this study, composite structural members were manufactured using aluminum and carbon fiber reinforced plastics (CFRP) which are representative lightweight materials. The disadvantages of aluminum and CFRP members were considered to be mutually complimentary while the advantages of each member were combined to exhibit collapse characteristics of effective structural members. Quasi-static and impact axial collapse tests were carried out for composite structural members, which comprised an aluminum member externally reinforced by stacking CFRP. In particular, among the design variables of the anisotropic CFRP, axial collapse characteristics have been examined according to the changes of orientation angle. The compound structural member demonstrated stable collapse mode by complimenting the disadvantages of brittle fracturing of the CFRP member, due to the ductile nature of the inner aluminum member. The collapse mode of the composite structural member was determined by CFRP orientation angle of the member, which affected the member's energy absorption capability. The compound member's advantageous characteristics in terms of energy absorption increased with increasing CFRP orientation angle.     

基于铺层设计特征的碳纤维增强复合材料悬架控制臂结构优化

基于铺层设计特征,提出一种使用碳纤维复合材料对承载结构件进行结构优化设计的方法和流程.该方法综合考虑结构几何特征、材料铺层方式、铺层厚度及铺层角度在设计环节中的序列关系,通过几何设计空间构建、离散变量多目标优化、基于工艺可行性的最优决策等方法实现结构设计.以碳纤维增强复合材料悬架控制臂的轻量化设计为例:首先,以钢质控制臂结构为参考建立复合材料控制臂的几何设计空间;然后,以复合材料铺层便利性为原则对其进行结构设计,采用准各向同性铺层对控制臂的铺层厚度进行设计;进而,以提高控制臂刚度和1阶固有频率为目标,使用优化算法对铺层角度进行多目标优化设计;最后,以工艺可行性为约束对优化结果进行筛选并最终完成结构设计.结果表明,所设计复合材料结构具有更大的刚度和1阶固有频率,并且与钢质结构相比减重47.9%.所提出的方法能够较好地兼顾结构特征和复合材料设计要求之间的关系,为复合材料结构优化设计理论与方法的发展提供有益参考.     

基于熵权和灰关联的老年人信息终端界面布局评价研究

目的 为了优化现有信息终端界面设计,提升老年用户的体验。方法 首先运用基本用例对信息终端的任务过程进行描述;接着以老年人自身需求为出发点,从结构、任务、认知3个层面构建老年人信息终端界面布局评价体系;其次通过设计调研制作出实验样本,邀请老年人进行界面布局评价实验;然后根据评价实验结果,采用熵权法对评价体系中每个评价指标进行权重分配;最后结合灰色关联分析法将实验结果转化为灰色关联度,通过比较灰色关联度的大小,从而确定最优方案。以银行ATM机作为研究案例,结果表明所提出的方法具有较高适用性。结论 通过基于熵权法和灰色关联分析法的信息终端界面布局评价模型,可以量化老年人的用户偏好,有效地对老年人信息终端界面布局进行评价,对界面布局优化有一定指导意义。     

下一代高速列车关键技术特征分析及展望

复合材料夹芯结构在轨道车辆轻量化设计中应用广泛,传统单一铝蜂窝芯体的复合材料夹芯结构抗冲击性能较差,难以满足运用需求。在传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的芯体中引入网格形格栅,形成碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构,在格栅交点处、单肋板中心处和格栅中心处3种典型位置对其分别进行落锤冲击试验与冲击后压缩试验。并将碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构应用于车体顶棚结构,在落石冲击工况下建立了3种不同材料的车体顶棚仿真模型,分析其比峰值载荷和比刚度等力学性能。结果表明：碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构相较于传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构,其抗冲击性能更强,冲击后压缩强度高出约34%,压缩刚度高出约52%;位于格栅交点处与单肋板中心处的接触力峰值、分层临界载荷与凹坑深度显著优于格栅中心处;与碳纤维/铝蜂窝车体顶棚相比,碳纤维/格栅增强蜂窝车体顶棚在落石冲击下的变形量减小了71.73%,比峰值载荷与比刚度分别提高了133.33%、146.72%。碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构兼具轻量化与性能强的优点,适合作为大型承载结构,可以为高速列车车体结构设计提供参考。