基于虾螯结构的仿生夹层板设计及数值模拟

探索了基于虾螯轮廓外形设计的仿生夹层板（BSP）的耐撞性。按照拉伸试验获得的材料本构参数设置了Hyperworks有限元模型,制造了BSP样件,并试验验证了有限元模型有效性。比较了BSP-L0、BSP-L180、BSP-T0、BSP-T180四种配置方案的耐撞性指标,选择BSP-T0方案进一步研究。分析了圆弧高度比γ和梯形晶元窄底宽度B对BSP-T0耐撞性的影响规律,得到γ比B对BSP-T0耐撞性的影响更大。利用遗传学算法进行参数优化,Pareto前沿的一个最优解为比吸能SEA=3.080 kJ/kg、峰值载荷PF=30.700 kN、平均压溃效率CFE=86.884%,相应参数γ=0.355,B=4.23 mm,预测与仿真结果误差均在2%以内,预测效果理想,本文研究成果可为夹层结构设计提供新思路。     

仿荷薄壁管的耐撞性研究

针对传统薄壁圆管结构存在的问题,本文采用结构仿生原理,主要对仿荷薄壁管在轴向冲击下的耐撞性进行研究。利用有限元分析软件对薄壁管做碰撞仿真,以比吸能和峰值力为评价指标,结合不同薄壁管在碰撞时发生的变形模式,分析3组仿荷薄壁管的轴向吸能特性。仿真结果表明,仿荷薄壁管较普通圆管有更好的吸能特性;在比吸能指标方面,3组结构同一系列的仿荷薄壁管比吸能为:B组C组A组,B组结构的比吸能提升最高,比A组平均提升20%;在峰值力指标方面,同一系列的B组仿荷薄壁管较A组仿荷薄壁管的峰值力也有所提升,C组仿荷薄壁管的峰值力受胞数增加的影响最大,当胞数增加到7以上时,C组峰值力大于B组,在不影响吸能的情况下,减小碰撞过程中产生的峰值力,可以保护车内乘员的安全,说明B组仿荷薄壁管是一种更合理的吸能结构。该研究在汽车数值结构分析与优化设计中具有广阔的应用前景。     

具有圆弧形诱导凹槽薄壁圆管抗撞性分析

为了提高薄壁构件抗撞性,本文采用Hypermesh软件建立圆截面薄壁构件和具有圆弧形诱导凹槽结构的有限元模型,并应用非线性有限元软件Ls-dyna对其抗撞性进行了数值模拟分析.研究在轴向冲击载荷下均匀分布诱导凹槽结构对薄壁构件吸能性和最大峰值冲击载荷的影响,并对两种结构的抗撞性进行了比较,数值计算结果表明设置的诱导凹槽结构在不影响薄壁构件吸能能力的情况下,能够显著降低最大峰值冲击载荷.     

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。       

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。     

有限元分析方法在保险杠碰撞仿真中的应用

根据汽车与正面刚性墙的碰撞特性,应用有限元方法和碰撞模拟技术,采用Hypermesh软件建立汽车保险杠与刚性墙的正面碰撞仿真模型,并用ANSYS/LS-DYNA求解器求解该模型,研究其在碰撞过程中的动态响应,分析保险杠的耐撞性;同时对保险杠的厚度进行优化分析,通过对保险杠碰撞时的变形、吸能状况和仿真计算结果来预测保险杠的耐撞性。     

基于混合元胞自动机的护栏防撞端头设计

为提高护栏防撞端头的防撞等级,结合正交试验设计思想,在建立长度不一的防撞端头吸能空腔的等效拓扑优化模型基础上对防撞端头进行设计。基于混合元胞自动机方法进行耐撞性拓扑优化分析,得到几种不同吸能空腔结构的截面拓扑构型,分析不同截面拓扑构型的吸能能力,确定最佳拓扑构型。结果表明:根据耐撞性拓扑优化获得的最佳截面拓扑构型设计的防撞端头,能够满足100 km/h失控车辆的碰撞要求,提高了现有防撞端头的防撞等级;防撞端头总长不超过4 m,实现了护栏防撞端头的小型化、轻量化设计。     

车辆典型薄壁梁碰撞性能的研究

车辆的耐撞性能主要取决于车辆结构中薄壁梁部件的吸能特性。为了在汽车的设计阶段使被设计车辆更好的满足耐撞要求, 以车辆结构中的薄壁梁部件为研究对象, 针对典型薄壁结构梁的碰撞变形特点, 采用高度非线性显式动态有限元程序Hy perMesh 和LS-DYNA 进行了碰撞的数值模拟, 分析了薄壁梁及保险杠正面撞击刚性墙的全过程以及不同参数的选取对仿真及计算结果的影响。与实车正面碰撞结果进行了对比分析, 验证了所建立的有限元模型的正确性。在此基础上, 针对仿真计算结果及薄壁构件吸能特性, 提出了一些改进措施。     

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.     

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iSIGHT的薄壁方管抗撞性尺寸优化

针对薄壁方管的抗撞性尺寸优化问题,利用多学科设计优化软件iSIGHT集成HyperMesh和ANSYS／LSYNA,建立优化设计仿真流程及平台,运用拉丁方方法进行DOE分析与优化设计研究．在此基础上,建立Kriging近似模型,以比吸能最优为优化目标,采用多岛遗传算法对建立的近似模型进行优化,并在优化的过程中生成新的设计点更新近似模型,提高模型精度．优化计算过程表明,上述方法提高了优化设计的效率,最终优化结果不仅满足结构吸能的要求,也满足轻量化的要求．     

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。     

微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性分析

提出了应用车辆结构正面抗撞性的参数化模型进行微型客车概念设计的方法。分析了底部吸能结构的主要刚度参数的变化对乘员舱变形、车体减速度和底部吸能特性的影响,阐述了在概念设计阶段运用参数化模型控制底部吸能结构吸能特性及与乘员舱刚度参数的匹配,从而保证整车的正面抗撞性能。给出了微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性设计指标、设计过程与方法,实现了通过参数化模型来快速确定正面碰撞时车身各部分的吸能指标,从而为详细结构设计提供重要依据。     

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。     

铜陵长江公路大桥增设防船撞设施的效能分析

基于铜陵长江公路大桥增设防船撞设施工程,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟船舶—桥墩、船舶—防船撞设施的碰撞过程,通过改变防船撞设施钢外壳及纵横加强筋的壁厚,分析不同规格防船撞设施的效能,亦即船舶撞击力消减比与吸能比。结果表明:对于本体抗撞能力满足要求的桥墩,选用防船撞设施外壳壁厚略小于设防船舶外壳壁厚,吸能效果较好,能有效减小船舶损伤。     

微车正面碰撞建模与仿真分析

为分析微车前部构件的耐撞性,根据碰撞仿真理论,建立了基于求解器LSDYNA的微车正面刚性墙碰撞有限元模型,对微车正面碰撞过程进行仿真计算,并将仿真结果与真实试验结果进行对比,验证仿真模型的有效性。通过分析前纵梁和前围板的变形及吸能情况,可知前围板变形在可接受的范围内,前纵梁变形吸能情况不理想,需要进一步优化。     

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.     

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%。     

基于响应面方法的结构耐撞性优化

为了提高结构耐撞性优化的求解效率,采用响应面方法将结构碰撞的响应表示为设计变量的显式函数,构造了2种优化模型．一种是将刚体加速度和侵入变形分别拟合为椭圆和线性响应面;另一种是将刚体加速度和侵入变形均拟合为椭圆响应面．用IS-dyna软件为结构碰撞分析的求解器,采用Matlab优化工具箱进行优化模型的求解,实现了结构耐撞性优化程序．数值算例表明,基于响应面方法的2种优化模型都能高效地解决结构耐撞性优化问题．     

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.