二代伞兵战车的缓冲气囊系统参数优化设计

目的对一代伞兵战车缓冲气囊进行优化,设计出满足二代伞兵战车着陆安全的缓冲气囊。方法基于现用的缓冲气囊,结合有限元仿真、试验设计,建立以气囊参数为设计变量、战车着陆冲击加速度峰值为目标函数的支持向量回归(SVR)模型。用遗传算法对现有气囊的宽度、高度、排气孔面积、排气孔爆破压强进行参数优化。结果优化后的缓冲气囊系统将二代伞兵战车的冲击加速度峰值降低了73.4%,着陆减速过程变得平稳顺滑。结论成功地对现有缓冲气囊的参数进行了优化改进,得到了适用于二代伞兵战车的缓冲气囊,并且为决策者提供了多种气囊设计方案。     

载人防护缓冲气囊座椅的优化设计

针对设备载人空投过程中乘员防护的问题,设计出一种对乘员人体进行防护的缓冲气囊座椅,并采用MADYMO软件建立了缓冲气囊座椅数值模型,模拟该设备载人空投着陆中缓冲气囊座椅对乘员的缓冲过程。以减少人体的颈部损伤和胸部损伤为优化目标,利用微型多目标遗传算法对缓冲气囊座椅的充气质量、排气孔面积、排气压差以及缓冲气囊护颈的充气质量进行优化。该优化设计不但可以减少气囊座椅设计实验次数从而降低实验的成本,而且在载人空投防护技术领域具有一定的实际工程意义。     

气囊着陆缓冲系统冲击动力学模型修正方法

针对气囊着陆缓冲系统的冲击动力学模型修正问题,首先建立了典型气囊着陆缓冲系统的冲击动力学仿真分析模型,考虑到结构动力学模型和气囊模型的相互独立性,提出对回收舱模型和气囊系统模型分别进行修正的分级修正思路;其次定义了关键点处冲击响应,解决了试验数据采样频率和试验触发不一致带来的计算结果与试验结果比较问题;就气囊着陆缓冲系统冲击动力学响应的典型特征,定义冲击响应置信因子评价计算结果与试验结果之间的吻合程度;以关键点冲击响应的试验数据与计算结果之间的误差范数作为修正目标函数,引入增广径向基函数构造修正变量关于修正目标的代理模型,将模型修正问题转换为优化问题进行求解;最后,通过典型气囊着陆缓冲系统冲击动力学试验和计算验证了所提方法的有效性。     

小型电子设备着陆缓冲气囊的优化设计

目的针对一种新型分离式飞行数据记录系统的着陆缓冲气囊外形进行优化设计。方法基于多岛遗传算法和近似建模法通过ISIGHT优化设计平台制定相应的优化流程,建立不同坠落姿态下气囊缓冲着陆过程的数学模型,并以电子设备过载为优化目标,对气囊的外形尺寸参数进行优选,从而得出相应的气囊外形设计方案。结果描述气囊缓冲着陆冲击过程的近似模型具有较高的可信度。基于近似模型的多岛遗传算法可提高在多初始坠落倾角下气囊外形尺寸的优化效率。相较于初始外形的气囊模型,经上述优化流程运算后得到的最优气囊模型在不同初始坠落倾角下的电子设备着陆冲击过载均有所下降。结论该研究的过程和方法对于开展轻小型设备缓冲气囊的设计和优化具有指导意义。     

聚乙烯缓冲材料多自由度跌落包装系统优化设计

在测试基础上,依据粘弹性力学理论,建立发泡聚乙烯缓冲材料动态非线性本构模型,并成功识别了模型参数;应用此模型在一定高度跌落冲击下,建立了多自由度包装系统动力学方程;依据物品响应加速度小于许用值及材料用量最小化两个原则,进行多自由度系统缓冲包装优化设计并获得最优解;基于最优解结构尺寸,测试了发泡聚乙烯缓冲系统的加速度响应值,数值算例及试验的结果表明理论值与试验值的平均相对误差都在0.8%以内。利用此设计方法可有效地避免欠包装和过度包装,克服了最大加速度-静应力曲线不能设计多自由度缓冲包装设计的弊端     

基于ANSYS/LS-DYNA的新型着陆缓冲气囊仿真分析

采用ANSYS/LS-DYNA对一种新型着陆缓冲气囊进行了仿真分析。采用C-V的气囊控制算法,分别从气囊的材料定义、模型构建和仿真结果分析等方面对整个着陆缓冲过程进行了全面的仿真,通过对结果的分析,验证了该气囊设计的冲击最大加速度为8.6 g,小于所设计通用弹药许用脆值,完全满足设计要求。     

考虑织布弹性的软着陆气囊缓冲特性研究

对缓冲气囊模型进行合理简化,从能量守恒和热力学基本方程出发,计入气囊织布弹性势能的影响,建立了缓冲气囊的物理解析分析模型,同时采用LS-DYNA对其有效性进行了验证。并基于该模型,进行了水平圆柱式气囊缓冲特性的研究。研究结果表明对于带固定排气口的水平圆柱式气囊,忽略织布弹性,得到的最大冲击过载值要比弹性织布气囊低,若织布的弹性模量小于0.2 GPa时,织布弹性对缓冲性能的影响更加突出。初始充气压力以及排气口面积对此类气囊缓冲特性同样有显著的影响。增加初始充气压力可以降低气囊缓冲过程中的最大冲击过载,但是有效载荷触地速度有所提高。排气口面积过小,释能不充分,气囊将发生反弹,排气口面积过大,能量转化不够,有效载荷触地速度较高。     

新型自充气式着陆缓冲气囊的理论分析与设计研究

目的针对目前着陆缓冲气囊充气展开方面的功能缺陷,设计研究一种新型自充气式气囊。方法详细论述气囊的结构及其自充气原理,建立气囊整体结构模型;分析气囊进气孔的结构和工作原理,并进行相关计算;最后理论分析气囊缓冲着陆过程及其缓冲性能。结果新型自充气式缓冲气囊展开时仅有1/6的体积需要自带气源充气,进气口结构能满足空投下落时气囊的自充气,实例计算得出空投载荷的最大冲击加速度只有60 m/s2,小于允许的最大冲击加速度。结论新型自充气式气囊能够大大减轻空投系统自身的重量,进气口结构能满足气囊功能要求,使空投物资受到的冲击加速度小于允许的最大值,气囊能对空投货物起到很好的缓冲保护作用。     

月球探测器软着陆冲击力学环境研究

针对我国月球探测二期工程中将会遇到的月面软着陆任务,分析探测器的着陆冲击力学环境。提出一种适用于探测器方案设计阶段的着陆冲击力学环境预示方法：利用探测器着陆稳定性试验中测得的缓冲机构作用力作为激励,采用有限元方法求解系统的动力学响应;采用加速度响应的冲击响应谱描述探测器着陆冲击力学环境;用响应谱的包络加上一定的安全系数来确定探测器着陆冲击的最大期望环境。对某探测器的具体分析表明：由于着陆缓冲机构的缓冲特性,软着陆冲击力学环境的能量主要集中在接近准静态的低频段,而在高频段没有比运载发射阶段力学环境更严酷。因此在低频段需要设计专门的试验标准来考核设备     

冲压式空投气囊着陆缓冲性能仿真研究

目的 以冲压式空投气囊为研究对象, 对气囊的着陆缓冲过程进行有限元仿真, 以研究其缓冲性能。方法 使用SolidWorks软件建立了气囊和装备的几何模型, 导入到有限元分析软件Ansys/LS-DYNA中划分网格, 加载并进行求解, 并用后处理软件Ls-prepost对仿真结果进行分析, 得出了气囊的体积和压力变化曲线, 以及空投装备的位移、 速度和加速度的变化曲线。结果 气囊在着陆缓冲过程中的最大压力为0.198 MPa, 空投装备的着陆冲击加速度峰值为175 m/s（ 2 17.9g）。结论 空投装备的最大冲击过载是17.9g, 装备最大过载Amax＜允许过载20g, 气囊满足性能要求。气囊内压力峰值对于气囊的设计有重要影响, 以气囊峰值压力0.198 MPa为参考标准, 在气囊材料选取和气囊加工方面要确保气囊能承受相当的峰值压力, 以避免缓冲时气囊发生爆裂。     

重型装备空投用连通型气囊缓冲特性仿真

目的为了探究连通型气囊在重型装备空投缓冲时的着陆缓冲特性,对其进行有限元建模及仿真研究。方法采用均压多腔室流动气囊模型理论建立装备-气囊系统有限元模型,通过显式非线性有限元方法模拟求解其跌落缓冲过程,并进行连通孔大小对缓冲特性的影响分析。结果随着连通孔面积的增大,各气室之间的内压差距变小,最大偏差从13.2%逐渐变小至0,加速度峰值从7.130g逐渐变小直至6.925g,但是总体上加速度峰值变化不大。采用连通型气囊能够实现与非连通气囊基本相同的缓冲特性,对于重心偏前的装备而言,为了避免装备俯仰过度,连通孔的大小不宜设置过大。结论该研究可为重型装备空投用连通型气囊的设计、改进提供理论基础和技术手段。     

着陆气囊缓冲过程数值模拟研究

目的 对某大型空降装备着陆缓冲系统的可排气型气囊缓冲过程进行数值模拟研究。方法 基于有限元方法, 建立着陆缓冲系统的有限元模型, 采用控制体积法, 利用显式动力分析软件LS-DYNA对着陆气囊的缓冲过程进行数值模拟, 分析了气囊缓冲过程中气囊内压、 气囊剩余高度和气囊排气速率等特性的变化规律, 以及气囊织布的弹性模量、 排气压力和排气口面积等主要参数变化时对气囊缓冲特性的影响规律。结果 对气囊的缓冲特性影响较大的参数为气囊的排气压力和排气口面积, 当气囊织布的弹性模量高于0.2 GPa时, 弹性模量的变化对气囊的缓冲特性影响较小。结论 研究结果可为工程人员进行气囊初始设计和对气囊缓冲过程进行模拟仿真提供参考。     

圆柱筒式空投气囊缓冲模拟

目的研究某空投缓冲系统圆柱筒式气囊的缓冲过程,得出缓冲特性曲线,并校核装备冲击过载。方法基于有限元理论,利用Ansys中的显示动力学分析软件LS-DYNA建立气囊缓冲系统的有限元模型,采用粒子法,对气囊缓冲过程进行数值模拟,并与传统气囊仿真所使用的控制体积法进行对比。结果经模拟得出空投着陆缓冲过程中气囊排气口打开时间为63.4 ms,缓冲过程中的最大过载为13.3g,获得了缓冲高度、货台加速度等特性的变化规律。将气囊缓冲特性与使用传统的控制体积法仿真的结果进行了对比,排气口打开时间误差为10.7%,最大过载误差为8.6%。结论 2种方法的结果对比一致性较好,验证了粒子法进行缓冲气囊模拟的可行性,同时使用圆柱筒式气囊缓冲的最大过载满足装备空投对过载不超过20g的要求。     

空降空投中的气囊缓冲包装技术

目的对目前缓冲着陆气囊的发展状况进行总结分析,对重装空投气囊着陆缓冲系统的性能进行评估。方法通过建立某重型装备气囊缓冲系统的LS-DYNA有限元模型,对该模型进行缓冲仿真计算,对着陆装备的速度历程和加速度历程进行分析。结果在重力加速度作用下,0.15 s时间内,仿真模型从4.8 m/s加速到触地速度为5.4 m/s;在气囊缓冲作用下加速度减为0时,继续加速到速度最大值,之后模型在反向加速度作用下急剧减速后产生反向速度,经过几次波动后最终速度基本为0,即着陆成功。结论仿真模型的速度和加速度的变化情况等都满足气囊安全着陆应有的规律,体现了仿真的可行性。     

全向式多室连通气囊的缓冲特性研究

气囊缓冲技术广泛地应用于汽车、航空和国防工业等领域中。本文基于非线性有限元软件LS-DYNA,建立了全向式多室连通气囊软着陆系统的有限元模型,并用试验验证了模型的准确性,完成了软着陆过程的仿真分析。通过合理设计工况,本文对全向式多室连通气囊的吸能特性进行了研究,分析了初始囊压、气囊直径、隔膜内孔直径和通气孔直径等对缓冲特性的影响。研究结论可用来指导全向式多室连通气囊着陆系统的设计。     

圆柜内机缓冲衬垫多目标优化设计

目的 基于有限元软件研究圆柜内机包装件静态载荷下的力学特性，并进行多目标优化设计。方法 利用CREO建立三维模型、ANSYS Workbench建立有限元模型，对圆柜内机包装件进行静力学分析。以上缓冲衬垫的5条筋条厚度和2侧壁厚作为设计变量，以上缓冲衬垫的质量、包装件的最大变形量和最大等效应力作为目标函数建立优化模型。基于OSF试验设计方法和Kriging模型，采用多目标遗传算法进行多目标优化设计。结果 优化前的包装件最大变形量为1.511 3 mm，最大等效应力为0.327 6 MPa。优化后包装件的筋条和侧壁厚度显著降低，上缓冲衬垫质量减少了27%，整体强度无显著降低。结论 建立的多目标优化设计方法合理且Kriging模型精度较高，在保证缓冲防护效果的基础上，实现了轻量化设计，降低了包装成本。     

空调缓冲衬垫有限元分析及优化设计

目的将有限元分析技术运用于空调包装件的静态堆码和跌落冲击性能分析和优化设计中。方法运用有限元分析软件,建立空调、缓冲衬垫的有限元模型。模拟包装件在静态和动态下的变形受力状况。以衬垫体积最小为目标函数,以衬垫及空调的最大应力值和变形值控制在许用值范围内为边界条件,对缓冲包装衬垫长光面省料槽的开槽宽度和长度进行尺寸优化。结果经过静压分析,缓冲衬垫变形量的最大值达到0.97mm,包装件受到的静应力最大值为1.56MPa;经过跌落分析,空调的最大加速度为493 m/s~2,空调外壳受到的最大静应力达到2.3 MPa;衬垫最大应力为1.12 MPa,衬垫应变为0.6%;经过优化分析,省料槽宽度约为26 mm,长度约为141 mm,分析表明衬垫设计满足缓冲防护要求。结论通过仿真分析和优化设计,可以对缓冲衬垫结构尺寸进行改进,在节约材料的同时能有效保护内装产品,可满足运输包装轻量化设计需求。