碳纤维复合材料防撞梁与铝合金吸能盒低速碰撞轻量化设计优化

为了提升车身前端轻量化性能,本文设计与优化了一种新型结构的碳纤维复合材料防撞梁与铝合金吸能盒。首先,建立了某乘用车钢制车身前端的有限元模型,并验证了模型的准确性。然后,运用拓扑优化技术对防撞梁及吸能盒进行拓扑设计,优化出其最优形状,确定新型防撞梁及吸能盒的三维模型。结合新型防撞梁及吸能盒模型,通过自由尺寸优化、尺寸优化和铺层顺序优化,对碳纤维复合材料防撞梁铺层进行优化,确定其最佳铺层块、铺层角度及铺层顺序。最后,基于碳纤维复合材料防撞梁及铝合金吸能盒低速正面碰撞有限元模型,设置6个设计变量和5个响应,采用最优拉丁超立方法对各设计变量随机取样,以构建各响应值的Kriging近似模型,运用NSGA-Ⅱ算法对防撞梁及吸能盒进行多目标优化,确定其最佳厚度。优化结果表明:与优化前相比,优化后吸能量为787.993 J,下降0.25%;吸能盒截面碰撞力峰值为20.208 5 kN,下降了58.67%;最大侵入量为-64.284 7 mm,增加了118.69%;防撞梁及吸能盒总质量为0.953 7 kg,降低了45.34%。优化后碳纤维复合材料防撞梁及铝合金吸能盒在满足碰撞性能要求的条件下,比原钢制材料结构质量减少了67.2%,轻量化效果显著。     

复合材料防撞梁低速碰撞的研究与多目标优化

复合材料在汽车车身上的使用是实现汽车轻量化的一个十分重要的途径,而防撞梁对于汽车及人员安全起着重要的作用。首先,建立保险杠有限元模型及低速碰撞仿真模型;其次,分析比较传统材料与碳纤维复合材料的防撞梁在偏置和正面碰撞工况下的应力、位移量、碰撞力峰值和比吸能的性能指标;最后,对碳纤维复合材料防撞梁的铺设层数和其余部件的厚度作为设计变量,通过实验设计(DOE)筛选试验点,采用移动最小二乘法创建质量和碰撞性能指标响应面模型,进而利用多目标遗传算法对该模型进行求解并选取最佳结构方案。结果表明:优化前碳纤维复合材料的比吸能比传统材料钢提高了34.8%,质量减轻了27.1%;优化后的复合材料在两种工况下碰撞力峰值较优化前均降低,保险杠的质量从原来的3.653 kg减至3.145 kg,降低了13.9%。     

基于三维多胞结构的汽车吸能盒优化设计

为改善汽车吸能盒在低速碰撞情况下的力学表现,将一种新型具有负泊松比效应的多胞结构设计为汽车前纵梁的吸能盒.通过对新型负泊松比多胞结构形状参数的研究,确立了多胞结构中特定的元胞几何参数及元胞层数作为优化变量,结构质量以及所吸收的能量作为优化目标.首先通过最优拉丁超立方的方法在变量空间内进行样本点的选取并采用ABAQUS进行有限元仿真计算,然后由Isight软件根据样本点的计算结果对优化变量与优化目标建立三阶响应面模型,最终采用NCGA对响应面模型进行优化.将优化结果进行RCAR(Research Council for Automobile Repairs)标准模型仿真计算,结果验证了这一新型负泊松比吸能盒可以在较小的质量下满足RCAR低速碰撞标准.     

汽车保险杠低速碰撞安全性能优化

介绍了最新的国际汽车维修研究理事会《保险杠碰撞试验规程》及其评价指标。针对某厂商提供的保险杠模型,在仿真软件LS-DYNA中对其低速碰撞安全性能进行了分析。分析结果表明:该保险杠发生折弯失效,不能满足RCAR评价指标,需要进行改进。通过探索保险杠防撞横梁和吸能盒壁厚对其安全性能的影响,得到了两者的最佳组合方案,显著改善了保险杠性能。随着防撞横梁壁厚的增加,保险杠的安全距离逐渐增加;随着吸能盒壁厚的减小,保险杠的吸能总量逐渐增加,但安全距离逐渐减小。     

桥墩复合材料防车撞结构碰撞性能试验研究

针对桥墩车辆碰撞的问题,设计了钢夹层和蜂窝复合材料相结合的桥梁防车撞吸能结构.为研究耐撞性能进行了材料性能试验和全尺寸防撞结构的碰撞试验,试验得到最大碰撞力为547.6 kN.通过对比试验获得碰撞响应与规范设计值,得出试验结果满足碰撞条件容差要求,可用于后期的数值模型验证,为类似吸能结构的设计提供参考.钢夹层-复合材料桥梁防车撞吸能结构可以减小桥墩的局部损伤和整体破坏,从而达到保护桥墩的目的.     

泡沫铝填充结构汽车车门防撞梁仿真

为提高汽车侧碰安全性,利用泡沫铝的吸能特性,将泡沫铝填充到汽车车门的防撞梁中,设计一种新型填充结构防撞梁以提高汽车在侧面碰撞中的吸能特性.首先,以Hypemesh为前处理器,以LS-DYNA为求解器对传统结构防撞梁及所设计的新型防撞梁组成的两种车门部件的碰撞特性分别进行仿真分析,得出两种车门部件与刚性柱侧碰时车门和防撞梁变形图、应力云图以及入侵速度-时间曲线.然后对仿真结果进行比较分析.结果表明,与传统结构防撞梁相比,泡沫铝填充结构防撞梁具有更高的吸能特性.     

吸能盒在低速撞击情况下的仿真与分析

以吸能盒的低速正面碰撞试验为例,利用Hypermesh软件建立了由壳单元组成的吸能盒有限元模型,应用LS-DYNA软件进行了正面碰撞的模拟,结果与试验以及理论数据对比,验证了仿真模型的可靠性.根据试验和仿真结果,确定了吸能盒结构耐撞性方面的影响因素,以此改进吸能盒耐撞性的方法.     

组合式铝蜂窝低速冲击响应特性实验研究

以组合式铝蜂窝为研究对象,通过改进SHPB系统,利用激光光通量位移计和PVDF压电薄膜测试技术,得到了铝蜂窝结构大应变低速压缩应力应变曲线;结合高速摄影分析了组合式铝蜂窝结构在低速撞击条件下的变形响应方式和吸能特性过程.结果表明,组合式蜂窝结构动态吸能可分为蜂窝嵌入过程和结构共同压溃两个阶段,对于厚度相同的两级组合式铝蜂窝结构这两个阶段的转换变形应变约为0.5,嵌入阶段所吸收的能量占总吸能比约为25%;组合蜂窝结构的吸能效率曲线存在两个相当的峰值,约为40%.与准静态结果对比,动态加载条件下,组合式蜂窝结构吸能效果更好.      

某车型40%偏置碰撞吸能盒的优化研究

采用LS-DYNA软件建立了可替代整车40%偏置碰撞的吸能盒子模型,并验证了子模型的可靠性。在子模型基础上,优化了原吸能盒结构。整车采用优化后吸能盒结果表明:碰撞侧吸能盒内能比原结构增加56.8%,吸能盒碰撞力峰值比原结构减小19.3%。     

汽车保险杠系统吸能盒结构参数对低速碰撞下吸能特性的影响

针对吸能盒在汽车低速碰撞下无法更加有效地吸收碰撞能以保护车身和减轻乘员伤害的问题,提出利用铝合金吸能盒结构有限元模型优化其吸能特性的方法。该方法基于碰撞理论和变量参数法,采用吸能量、变形量和碰撞力峰值作为评价指标,研究吸能盒壁厚、截面形状对吸能特性的影响。进一步探讨了V型诱导槽对吸能盒吸能特性的影响;得到了对吸能特性影响更为突出的结构。实验结果表明,适当地增加吸能盒壁厚,可提高吸能盒的吸能特性和吸能潜力;与圆形截面相比,六边形和八边形截面吸能盒的吸能量分别提高了6.2%和19.3%,正方形截面吸能盒的吸能量下降了5.44%;与普通吸能盒相比,分别添加1V、2V、3V型诱导槽的吸能盒可提高吸能量约16%,而诱导槽数的变化对吸能盒吸能特性的改善并不明显。与壁厚和诱导槽数对吸能特性的影响相比,吸能盒的截面形状和有无V型诱导槽对吸能特性的影响更为突出,与原吸能盒相比,带有V型诱导槽的八边形吸能盒的吸能特性有了显著提升。     

基于加点多目标粒子群算法的 碳纤维防撞梁优化设计

为了达到车辆轻量化的效果，基于某轻型乘用车钢制防撞梁，根据车辆低速碰撞 标准对采用碳纤维材料的防撞梁进行结构优化设计 . 通过全因子试验确定防撞梁的截面参 数，考虑到各铺层区域之间厚度不同导致的材料不连续问题，提出了基于铺层相容性的铺层 原则，并以此确定防撞梁的厚度空间和对应的铺层顺序 . 在对防撞梁的铺层厚度进行优化设 计时，采用基于 kriging模型的加点多目标粒子群优化算法，在传统粒子群算法的基础上引入 多目标加点策略，能够有效解决由于近似模型精度不够导致的重复试验设计，提高了优化效 率. 优化设计后的仿真和台车试验表明，碳纤维防撞梁低速碰撞性能满足要求.     

铝蜂窝夹芯结构抗爆性能仿真分析与优化

利用CONWEP计算模型对铝蜂窝夹芯结构的抗爆性能进行了有限元分析，以背板最大变形和夹芯层比吸能作为抗爆性能指标，根据不同基体材料的组合结构建立了铝蜂窝夹芯结构的基准模型.基于基准模型，定量研究了铝蜂窝夹芯结构各部分结构参数和蜂窝胞元类型对其抗爆性能的影响规律.结果表明面板材料采用Al2024T351，背板材料采用RHA的组合结构具有良好的抗爆性能；相比于背板厚度变化，面板厚度的变化对铝蜂窝夹芯结构抗爆性能指标的影响更显著.应用构建代理模型的方法对铝蜂窝夹芯结构的抗爆性能进行了多目标优化设计，使铝蜂窝夹芯结构的抗爆炸冲击波性能得到了明显改善，这对抗爆结构的工程设计有一定指导意义.     

ECC板-薄壁钢管组合防护装置抗撞性能分析及优化

为降低桥梁上部结构在超高车辆撞击下的损伤程度,提出一种水泥基复合材料(ECC)板-薄壁钢管组合防护装置,该防护装置分为3个模块：扩散模块、吸能模块、固定模块。扩散模块由ECC板和钢筋网组成,直接承受超高车辆的撞击,吸能模块由薄壁钢管和填充聚氨酯泡沫组成,通过自身变形储存车辆撞击能量;固定模块由钢板组成,由钢板实现防护装置与主梁之间的可靠连接。建立防护装置精细化有限元模型,建模过程中重点考虑混凝土、ECC材料的弹塑性损伤以及防护装置与桥梁之间的非线性接触关系,采用显式动力分析软件Ls-Dyna对其防撞性能进行深入分析,同时对防护装置的参数敏感性进行探讨。以标准双轴卡车撞击预应力混凝土空心板桥上部结构为研究对象,以车辆速度80 km/h、车辆质量25 t以及碰撞超高250 mm为典型代表工况,分析防护装置的防撞性能。研究结果表明：在超高车辆撞击下,预应力混凝土空心板桥主要发生混凝土剥落、普通钢筋断裂等局部型损伤;组合防撞装置中ECC板可以有效扩散碰撞荷载,避免桥梁发生损伤;钢管内填充聚氨酯泡沫和增加ECC板厚可以减小防护装置变形,钢管高度增大可以增加防护装置吸能效果;从工程应用角度出发,应...     

基于分枝定界法的车辆配载问题

建立了能实现配送中心车辆均衡与效率的车辆配载模型,提出了分枝定界法解决车辆配载问题的方法,从而达到帕累托效率配置的要求．算例验证了该方法的可行性和有效性．     

抽水蓄能机组导叶关闭策略优化方法研究

为了解决水电站大波动过渡过程运行安全问题,综合考虑蜗壳水击压力极值和转速上升极值两个目标,建立了抽水蓄能机组导叶关闭策略多目标优化模型,提出了基于改进多目标引力搜索算法(IMOGSA)的抽水蓄能机组导叶关闭策略优化方法.利用该方法得到包含蜗壳水击压力极值和转速上升峰值的帕累托非劣解集,采用模糊满意度评价法在帕累托非劣解集中选出兼容性最好的解,并与多目标粒子群算法进行对比,结果表明利用IMOGSA优选的导叶关闭策略能有效提高对抽水蓄能机组水泵断电工况的控制水平.     

消减换道行为影响的换道轨迹规划

构建了一种能够消减换道行为影响的换道轨迹规划,将帕累托最优理念引入至自主换道行为中,通过IDM（intelligent driver model）模型构建周边车辆的优化目标。采用5次多项式模型构建换道车辆的优化目标,引入多目标优化算法求解该多目标问题,从而获得换道车辆与周边车辆的帕累托最优前沿。实验表明相比于现有算法所提算法能够显著降低换道区域内所有车辆的总损失,提高区域内交通流运行状态及安全。     

车身低速碰撞吸能结构的优化设计

针对汽车低速正面碰撞时车身部件的抗撞性优化问题,选择了碰撞盒结构作为研究对象,运用二次回归正交组合试验设计方法合理分布试验点,并结合最小二乘法构造出整体质量、吸能值及最大碰撞力关于板厚的响应面模型;综合考虑实际车身部件板厚范围及轻量化要求,采用自适应响应面法对响应面模型进行了优化设计.结果表明,提出的碰撞盒结构优化方法及流程具有较高的精确性和有效性.     

列车耐碰撞系统有限元和多体动力学联合仿真

研究基于有限元和多体动力学技术进行列车耐碰撞系统设计的联合仿真策略.通过非线性有限元分析获得车辆吸能部件在碰撞时的力—位移关系曲线,以该曲线模拟车辆连挂之间的非线性弹簧特性,运用多体动力学技术进行了两列车的碰撞动力学仿真.通过仿真分析碰撞中列车各车辆间的作用力、变形、速度、加速度以及各个吸能部件的能量吸收等数值,实现了对新设计列车碰撞被动安全系统总体性能的评估.与高速碰撞相比,在中低速碰撞工况下,头车与第2节车体端部连接处吸收的动能占总动能的比例更高.联合仿真能较真实地模拟列车碰撞的全过程,验证了联合仿真策略的可行性.     

基于可靠性优化设计的客车碰撞安全性

为了提高国内某量产全承载式客车在正面碰撞过程中的安全性,采用有限元法并参考该客车的材料属性要求建立其正面碰撞有限元仿真模型.提出在该客车车身前部安装八边形吸能结构,且将有限元法、试验设计、响应面法、可靠性理论和优化算法相结合,对八边形吸能结构进行可靠性优化设计,并与确定性优化设计所得结果进行对比.结果表明:在客车车身前部安装八边形吸能结构能显著提高该客车在正面碰撞过程中的安全性,且2种优化方法都能进一步提高其正碰安全性能;2种优化方法相比,可靠性优化虽然使得吸能量相对确定性优化减少4.3%,但是使得加速度减少16.05%,且可靠度提升了19.33%,故对八边形吸能结构进行可靠性优化设计能更好地满足该客车在正面碰撞过程中的安全性要求.     

基于动力学的中低速磁浮转向架载荷特性分析

通过分析中低速磁浮车辆走形机构结构原理,对磁浮车的悬浮控制模块进行合理简化,利用SIMPACK动力学仿真软件,建立中低速磁浮车辆动力学仿真模型,对车辆在各工况下的载荷特性进行分析,并提出影响车辆动载荷特性的关键点,为磁浮车走形机构的参数优化提供理论依据。