高刚度轻质量的汽车座椅结构的优化策略

依据新标准建立了有效合理的汽车座椅有限元模型。根据此模型结构提出了座椅部件的应变能密度灵敏度与质量灵敏度之比的相对灵敏度分析方法。在此基础上,从模型力学特性出发,针对选定的设计变量、目标函数、约束条件实施了高刚度、轻质量的汽车座椅结构优化策略。通过仿真分析验证了此方法的正确性和有效性。     

基于灵敏度分析的白车身轻量化设计

选取某款轿车的白车身为参照,建立白车身有限元模型。以扭转工况为计算基础设置约束条件,选择白车身的重量为目标函数、零部件的板厚为设计变量。利用Nastran 软件计算出各零部件的灵敏度值。引入绝对灵敏度和平均绝对灵敏度概念对零部件的灵敏度值进行评价。对零部件厚度进行优化减薄处理,并通过迭代计算验证优化方案。最终在保证白车身扭转刚度值变化不超过5%的前提下,实现白车身质量降低3.73%     

概念车身的T型接头模型拓扑优化设计

通过静态刚度对比,验证了概念车身模型的正确性及可行性。考虑到接头刚度对车身刚度的重要影响,将接头模型加入到概念模型中,建立了T型接头与梁结构的混合模型(TJB模型)。通过权衡扭转工况下各接头部位对开口刚度的实际贡献,选择了车顶部位的关键接头作为修改区域。应用变密度法进行了拓扑优化,并根据优化结果及车身结构特点布置了加强板,取得了良好的修改效果。在车身的概念设计阶段采用拓扑优化方法,不仅可以加快设计进程,而且能够得到性能更优、结构更合理的产品。     

某汽车白车身刚度分析

采用有限元分析软件Hypermesh/Optistruct建立了某汽车白车身有限元模型,通过对该有限元模型进行了弯曲刚度和扭转刚度分析,得到白车身的刚度情况.为白车身的结构优化设计提供了基础,进而提高了整车的舒适性和安全性.     

基于多学科优化设计方法的白车身轻量化

建立某国产轿车的整车有限元模型,依据侧碰法规及NVH性能要求对白车身结构进行了多学科集成优化设计。根据侧碰及NVH仿真结果,选取白车身关键零件的板厚及材料为变量,以白车身质量和刚度为目标,以侧碰加速度及侵入量为约束条件,建立了白车身刚度径向基函数(RBF)神经网络近似模型及侧碰二阶逐次替换的响应面模型(Stepwise-RSM),利用模拟退火算法进行了多目标优化,在保证了车辆的安全及NVH性能的前提下使白车身质量下降了15.7 kg。     

SUV白车身隐式参数化建模及多性能优化轻量化

SUV白车身的结构形式、载荷形式等与三厢式轿车白车身不同。为了实现某SUV白车身结构的自动快速轻量化设计,建立了该SUV白车身隐式参数化模型。首先利用相关性分析方法分析预先给定的90个位置、形状及厚度等设计变量对车身结构刚度的影响,筛选出具有轻量化潜力的设计变量。然后对筛选出来的30个设计变量进行多性能优化设计,最终取得了良好的轻量化效果。研究结果表明,隐式参数化建模方法及基于相关性分析的多性能优化轻量化设计方法可以应用于SUV车身结构轻量化设计,具有较好的工程指导意义。     

基于焊点参数识别的白车身动态特性

推导了焊点质量、刚度矩阵修改与白车身结构动态特性之间的关系,以试验频率与振型为目标,对白车身类板壳点焊结构焊点参数进行识别,提出了利用参数识别的弹塑性梁单元方法对点焊结构进行模拟。与弹塑性梁单元焊点建模方法在动态特性分析方面进行了对比,并应用于实车白车身动态特性仿真进一步验证仿真精度。结果表明,参数识别的弹塑性梁单元焊点建模方法提高了板壳类结构动态特性分析的仿真精度,为点焊的数值模拟仿真提供了一种研究方法。     

基于灵敏度理论的某轻客车身的优化设计

论文建立了某轻型客车的白车身有限元分析模型,并根据白车身连接点刚度的灵敏度分析,确定了白车身有优化设计的设计变量;根据白车身自由模态分析,确定了轻量化设计的约束条件,从而建立了白车身优化设计的数学模型,在保证原白车身的性能不降低的基础上对其进行了优化设计。     

某货车驾驶室静刚度试验与分析

针对某型货车驾驶室,通过模拟驾驶室的实际受载情况,建立了该驾驶室白车身静刚度测试系统.利用数字测量方法和白车身刚度的力学公式,试验和分析得到的结果表明,该测试系统方案合理有效,试验数据重复性和对称性好.通过测试分析该驾驶室扭转和弯曲刚度,得到了驾驶室扭转和弯曲工况下各测点的变形情况和静刚度特征,为该驾驶室的研发建立了基础数据.     

大客车车身结构多工况综合优化分析

建立了某半承载式大客车车身骨架结构的有限元模型,基于NASTRAN软件平台进行3种工况下的截面尺寸综合优化,确定了最优的综合优化方案. 通过分析校核可知,采用结构综合优化方法,可以在确保大客车车身刚度、强度和模态等性能指标的前提下,实现结构多工况优化分析和车身结构的轻量化.     

框架结构单元几何应变能的计算与验证

为了得到框架结构单元几何应变能,在平面框架结构单元几何刚度矩阵的基础上,推导空间框架结构的单元几何刚度矩阵,借助MSC Patran软件平台,采用PCL(patran command language)语言编写了计算单元几何应变能的程序.数值算例表明:程序运算得出的单元几何应变能求和与MSC Nastran分析数据推导得出的单元几何应变能之和存在非常小的数值误差,验证了程序得出的每个单元几何应变能的正确性,解决了有限元软件难以提取单元几何应变能的问题,可用于研究屈曲约束的显式化问题.     

轻质材料微结构构型的拓扑优化设计

为了减轻结构的质量和降低成本,针对轻质材料,提出将整体的边界条件转化为微结构单胞的边界条件,建立微结构单胞的有限元模型,并运用变密度方法和优化准则法结合求解微结构单胞的拓扑优化问题.优化模型是在相应的体积约束条件下以变形能为目标获得最大刚度的微结构单胞.利用优化准则设计方法的计算公式,改变单元的相对密度值,小于阀值的单元进入下步迭代,如此反复,实现拓扑优化.采用适当的惩罚因子和阀值对迭代进行控制,提高了收敛的速度和精度,优化结果表明,该方法可以获得优化的微结构单胞,得到相同体积下最刚的多孔材料,降低了结构的重量和成本.     

剪切型框架模态参数的损伤敏感性分析

探讨了剪切型框架结构模态参数对损伤的敏感性,有助于进行进一步的结构损伤识别。从结构的固有振动方程出发,根据剪切型框架结构刚度矩阵特性,导出了结构固有频率、振型和振型斜率的敏感性系数表达式。对一个10层剪切型框架结构的数值分析表明,对于绝对敏感性系数,高阶模态参数比低阶模态参数对损伤敏感;对于相对敏感性系数,同一阶频率对不同处损伤的敏感性及不同阶频率对同一处损伤的敏感性均不相同;振型和振型斜率相对敏感性系数的最大值一般发生在最靠近振型节点的自由度处和振型斜率绝对值最小处,不能反映结构的损伤位置信息。     

基于导重法的叉车门架轻量化设计

针对大型复杂机械设计余量过大的现象,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法对某型号内燃叉车的门架结构进行全局轻量化设计. 推导强度、刚度等多性态约束条件,搭建导重法单目标、多性态约束优化模型,利用Lamker算法求解Kuhn-Tucker乘子;灵敏度计算采用带有经典误差修正项的半解析法（ESA）,引入单元误差修正项,消除刚体转动位移带来的误差;结合导重法,解决了容重和导重难以求解的问题. 利用有限元法,对优化后的门架结构进行强度和刚度校核. 结果表明,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法效果显著,使得叉车门架质量降低18.21%,优化后的门架强度和刚度满足设计要求.     

Determination of Natural Frequencies and Mode Shapes of Circular Arches Using a Strain-Based Curved Element

ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＮａｔｕｒａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄＭｏｄｅＳｈａｐｅｓｏｆＣｉｒｃｕｌａｒＡｒｃｈｅｓＵｓｉｎｇａＳｔｒａｉｎ－ＢａｓｅｄＣｕｒｖｅｄＥｌｅｍｅｎｔＤ．Ｂ．ＴａｎｎＲ．Ｄｅｌｐａｋ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖ...     

K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

K型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种抗震耗能结构形式,偏心支撑结构弹性阶段刚度大,塑性阶段耗能能力强是适用于高烈度震区的一种有效的抗侧力结构体系.根据偏心支撑结构在地震荷载作用下耗能梁段进入塑性的破坏特点,提出了耗能梁段采用曲壳单元和其余构件采用梁单元的非线性有限元模型来分析K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能和破坏机理,并自编了计算程序.通过有限元模拟计算分析,得到了K型偏心支撑钢框架抗震设计中合理的支撑截面大小、耗能梁段长度、高跨比、加劲肋间距、加劲肋厚度、腹板厚度等设计参数的确定方法.     

多胞缓冲材料本构模型与应用进展

为了科学地设计汽车、航空、头盔及运输包装缓冲结构,以得到最优的结果,针对常用的泡沫、蜂窝及复合结构等,介绍各种缓冲结构的压缩性能表征、本构方程与工程运用的研究现状.针对泡沫结构的压缩性能,介绍泡沫结构的试验压缩响应与数值模拟方面的研究进展.结果表明：相对密度、环境温度、压缩应变率及微观结构等参数对泡沫的缓冲性能影响显著.相对密度越大,泡沫结构的屈服应力越大,吸收能量的能力越大;泡沫的吸收能量能力一般随环境温度的增加而减小;由于泡沫的基体材料表现率相关性,应变率增加导致吸收能量能力的增加;当微观结构不同时,泡沫的细胞分布导致结构的缓冲性能差异显著.针对蜂窝结构,介绍蜂窝结构的有限元模拟方面研究进展.介绍了填充管吸收能量结构和层状缓冲系统的工程运用以及所涉及到的一些优化方法．     

声振耦合声场分析与声辐射结构优化

为实现内声场和外声场同时存在的强耦合声辐射预报和噪声优化,建立有限元/边界元强耦合方程,并给出两种声功率灵敏度的求解方法。首先给出结构和内声场的声振耦合有限元方程,并考虑外声场声介质对结构的反作用,根据交界面力和法向速度的连续性建立有限元/边界元强耦合方程;然后针对声功率拓扑优化中单元灵敏度分析时难以解耦的问题,将声功率转化为以结构位移为变量的表达形式,并修改伴随方程,实现将该方法扩展至强耦合优化问题中;同时针对伴随变量法(adjoint variable method,AVM)推导过程复杂的问题,提出声功率灵敏度的直接求导法;最后采用线性化刚度方法将结构单元相对密度作为连续设计变量,对不同的结构材料和声介质组合优化问题展开研究。对比计算表明:该耦合模型计算的响应值与采用无反射边界的有限元法计算结果基本吻合;直接求导法和伴随变量法均可使迭代达到收敛,但直接求导法推导过程更简洁高效;数值优化算例证明优化算法的适用性较好,在声功率优化设计中的有效性。     

基于灵敏度分析的机枪结构动力修改研究

介绍了机械结构灵敏度分析的基本理论,探讨了用有限元法进行结构优化和灵敏度分析的一般过程．以某型机枪的枪架为例建立了有限元结构分析模型,选择枪架的弯曲刚度、扭转刚度和整枪的第一阶固有频率为性能约束,根据灵敏度分析结果,按高强度、轻质量的要求,选择出有效的设计变量进行了重量最轻和性能最优的结构优化．同时,利用试验测试数据对优化前后武器的动态响应进行了仿真对比．结果表明,优化后武器的射击频率与固有频率的匹配更加合理,提高了武器的射击精度．     

基于polyMAX的白车身锤击实验模态及灵敏度分析

针对传统模态分析方法的缺陷,采用polyMAX方法对某轿车白车身进行脉冲锤击法模态试验研究。首先建立白车身结构的测试系统模型,采用polyMAX方法进行试验模态特性分析,计算模态参数MAC值,并基此对车身结构进行灵敏分析。结果表明,模态测试系统满足精度要求：参数辩识结果有效可靠,结构参数的变化对车身结构的动态特性有较大影响,主要在于结构的质量和阻尼变化。