基于负泊松比结构的汽车B柱结构耐撞性优化设计

为了提高汽车的侧面耐撞性,基于传统B柱基本结构,提出了一种填充负泊松比内芯的新型B柱结构.根据我国新车评价规程C-NCAP要求,建立基于新型B柱结构的整车侧面碰撞模型;采用最优拉丁超立方试验设计法采取样本点,建立B柱各评价指标与设计变量之间的响应面模型;在此基础上,以B柱侵入位移和侵入速度为优化目标,采用NSGA-Ⅱ优化算法对新型B柱结构进行多目标优化设计.结果表明:新型B柱结构使得整车侧面碰撞的侵入位移下降了7.44%,侵入速度下降了5.10%,两者都有明显降低,这显著改善了汽车的侧面耐撞性能.     

地震荷载作用下基于ASA和MMFD优化组合算法的框架结构多目标优化设计

针对地震荷载下的某框架结构特点,以结构的体积、最大单元有效应力和最大节点位移作为目标函数,梁截面尺寸作为设计变量,并采用离散变量的形式进行描述,将梯度优化和全局优化算法相组合,对其进行优化设计.计算结果表明,优化后体积的减小能降低工程造价.实例分析表明该模型能应用于实际工程的优化设计.     

碳纤维复合材料汽车B柱加强板的优化与性能分析

通过建立B柱总成的有限元仿真模型,在等刚度原则下,对碳纤维复合材料B柱加强版进行自由尺寸优化、尺寸优化、铺层角度优化设计,并对B柱总成进行三点弯曲有限元仿真,获取优化后模型的最大位移及最大强度.通过真空导入成型工艺制作B柱加强板样件,并对碳纤维复合材料B柱总成进行三点弯曲试验,校核总成的强度指标.最后基于2018版C-NCAP标准分析整车侧面碰撞性能.通过对比刚度、弯曲性能、侧面碰撞侵入量、侧面碰撞侵入速度、侧面碰撞加速度,优化设计后的碳纤维复合材料B柱加强板可在保证刚度、强度及侧面碰撞性能的前提下替代原钢制B柱加强板,并使B柱加强板减重1.376 kg,减重比达到76.4%.     

考虑位移约束的功能梯度结构ICM拓扑优化方法

基于独立连续映射方法(Independent Continuous and Mapping,ICM),实现功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)结构的拓扑优化设计.通过引入过滤函数,构建FGM-ICM材料模型.结合梯度位移函数,建立以结构质量最小化为目标、以位移为约束条件的功能梯度材料结构拓扑优化近似显式模型.采用线性衰减的过滤方法避免棋盘格现象和网格依赖性问题.另外,为得到边界清晰的拓扑构型,设计拓扑变量阈值动态调整策略(Dynamic Adjustment Strategy for Variable Threshold,DASVT),消除了拓扑变量阈值取值的盲目性.通过数值算例验证了该方法的可行性和有效性,最终实现了功能梯度材料结构ICM拓扑优化设计.     

基于灵敏度多学科优化设计变量的模糊分析

提出了一种选择与评价多学科优化设计变量的方法.在建立包含静力学、模态分析和动力学的多学科优化模型之后,以灵敏度计算理论为基础,建立了多学科优化时优选设计变量的模糊综合评价模型.该模型综合考虑了应力、位移、固有频率、速度和加速度等参数的影响,并以某集装箱船艉部甲板结构的多学科优化为例,对模型进行了验证分析.结果表明,所提出的模型简便易行,可供设计人员在优选设计变量时使用.     

论日本江户时期“怀德书院”的教育

基于独立连续映射方法（Independent Continuous and Mapping,ICM）,实现功能梯度材料（Functionally Graded Material,FGM）结构的拓扑优化设计.通过引入过滤函数,构建FGM-ICM材料模型.结合梯度位移函数,建立以结构质量最小化为目标、以位移为约束条件的功能梯度材料结构拓扑优化近似显式模型.采用线性衰减的过滤方法避免棋盘格现象和网格依赖性问题.另外,为得到边界清晰的拓扑构型,设计拓扑变量阈值动态调整策略（Dynamic Adjustment Strategy for Variable Threshold,DASVT）,消除了拓扑变量阈值取值的盲目性.通过数值算例验证了该方法的可行性和有效性,最终实现了功能梯度材料结构ICM拓扑优化设计.     

高强度钢板复杂零件的冲压压边圈拓扑优化

在分析冲压模具结构的基础上,提出了冲压模具结构拓扑优化方法,建立了以减重为目标的高强度钢板压边圈优化设计方法,并以DP590轿车侧向高强度双向钢底板拉深压边圈为例加以验证.结果表明:与按准则的设计相比,采用拓扑优化设计的压边圈可以减重50%,且其结构的关键位移及最大应力均未受到影响.     

数控插齿机床身三维拓扑优化研究

以数控插齿机床身的整体柔度最小为优化目标,以三维有限单元的相对密度为设计变量,构建了基于固体各向同性材料插值方法的三维结构拓扑优化数学模型,并采用优化准则法进行设计变量的迭代更新,通过在载荷作用下床身结构的拓扑优化设计,得到了床身材料在设计域内的最优分布．根据最优分布重构床身几何模型,通过比较原结构模型和重构结构模型的静力学分析结果,验证了文中方法的正确性和有效性．     

位移最小化的抗风柱的拓扑优化设计

通过对抗风柱的分析,得出抗风柱的拓扑优化模型.分析抗风柱在不同长细比时的处理方法,即在抗风柱的长细比较大的时候可以采取将柱分段,将每段划分有限元网格,进行有限元分析.每一段的处理方法和最终结果是相同的.优化基结构采用各向异性类桁架连续体材料模型,以材料在结点位置的密度和主方向为设计变量,结点在指定方向的位移为目标函数.采用优化准则法,借助有限元分析,优化材料分布场形成类桁架连续体,得到抗风柱的优化结果.     

防屈曲支撑组合框架优化设计与抗震性能分析

目的以抗侧刚度比为设计变量,对设置防屈曲支撑的某18层钢管混凝土组合框架Benchmark模型进行优化设计与抗震性能分析.方法编制了基于遗传算法的优化程序,考虑以结构最大层间位移角、基底剪力为约束条件,在抗震性能不变的前提下优化防屈曲支撑的截面面积,以及考虑防屈曲支撑总截面面积为约束条件,在支撑用量相同的前提下,改善结构的抗震性能两种设计方案.结果在防屈曲支撑总用量不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少结构29%的最大层间位移角,减少4. 3%的最大层间剪力;在抗震性能不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少44%的支撑用量,其防屈曲支撑的耗能比例达78%.结论两种优化方案设计的结构均充分发挥防屈曲支撑的耗能能力,较优化前的结构更能保护框架梁、柱免受破坏.     

初速度对被撞船舷侧结构影响

采用ANSYS/LS-DYNA建立了两船发生侧向对中垂直碰撞的非线性有限元模型,模型中考虑了材料非线性、几何非线性等因素;并以所建立的非线性有限元模型为基础,对被撞船舷侧结构碰撞性能进行了仿真研究,得到了碰撞力和能量随碰撞船位移变化的关系曲线,重点研究了碰撞船初速度的影响.数值仿真结果表明,不同的碰撞船初速度会导致被撞船舷侧结构产生不同形式的变形和不同程度的损伤.同时,通过仿真计算得到了某一确定碰撞情景下被撞船舷侧内、外壳破裂的临界速度,可以为海事部门制定海上限速避碰规则提供依据.     

含间隙涡旋压缩机转子系统刚柔耦合模型仿真分析

为了提高涡旋压缩机转子系统的精度与可靠性,通过ADAMS和ANSYS建立了含运动副间隙涡旋压缩机转子多刚体及刚柔耦合模型,对动涡盘倾覆下驱动轴承柔性和运动副间隙对转子系统动力学性能的影响进行仿真分析,在此基础上对轴承偏磨区域进行了有限元分析.分析结果表明:运动副间隙下轴承柔性对轴承的位移和速度影响较小,对轴承加速度和碰撞力影响较大;加速度最大值约为多刚性体模型的13.34倍,碰撞力最大值增加2.9倍;排气角后31.29°范围轴承发生偏磨,在滚针的2/7处出现最大应力.仿真结果为涡旋压缩机的设计和动力学行为预测提供分析方法和理论指导.     

遗传算法在碳纤维复合材料高速转子优化设计中的应用

对多层结构碳纤维复合材料转子进行了高转速下的静力学分析 ,建立了多层嵌套结构碳纤维复合材料转子的强度与转子的材料密度、转速、纤维铺设角、各层径向壁厚以及各层间过盈配合量间的数学关系式。应用遗传算法进行了转子结构的优化设计 ,解决了多层结构碳纤维复合材料高速转子设计中如何寻求转子最优外形和工艺参数的难题。通过对转子各层的纤维铺设角、各层径向壁厚以及各层间过盈配合量进行优化 ,获得了转子的最佳几何外形和工艺参数 ,使转子的储能密度较优化设计前提高了 1 36 % ,最大限度地提高了转子的储能能力。此优化设计方法为多层嵌套结构碳纤维复合材料转子的储能密度优化设计提供了有效手段     

面向高精度放大比的微动机构设计与实现

以一种微位移放大模块为研究对象,提出一种以高精度放大比为目标的参数设计方法. 根据伪刚体模型法建立各柔性单元的变形协调关系,利用拉格朗日能量守恒原理推导出系统能量与柔性单元位移的对应关系,在此基础上采用系统能量均布原则使得结构参数关联化,实现了微位移放大模块结构参数的层递式设计. 同时应用有限元ANSYS软件对微位移放大模块进行仿真分析,对比分析表明该理论计算方法与软件仿真结果偏差为6.25%,为面向高精度放大比的微动机构参数设计提供了理论依据.      

卸载平台的避碰响应过程

建立了靠泊船舶、橡胶护舷和卸载平台组成的避碰系统的计算分析模型,利用能量法计算任意时刻的船速、橡胶护舷的反力和吸能以及船舶允许的最大靠泊法向速度.研究结果表明,船舶允许的最大靠泊法向速度与船舶的排水量成反比,并且与橡胶护舷性能和卸载平台的最大承载能力有关.通过改善橡胶护舷的性能和增强卸载平台的最大承载能力,可提高系统的避碰能力.     

某微卡汽车侧面碰撞仿真分析与优化设计

为了研究某微卡汽车在侧面碰撞过程中假人的胸腔与头部指标大于法规约束值的问题,以原方案的侧面碰撞仿真分析结果与海湾地区的法规为依据,选取车门与B柱内外板厚度、防撞杆与B柱内部缓冲结构厚度和门槛内吸能盒厚度与屈服强度为随机变量,假人的胸腔、头部、腹部和骨盆为输出响应值,确定了响应面模型;结合可靠性理论、一次二阶矩试验方法、优化方法与响应面模型,对微卡汽车的侧面结构进行优化设计,确定了使输出响应值最优的随机变量的各项参数值,并进行仿真分析。结果表明：优化方案使假人的各项伤害值均相应减少且小于法规约束值;提高了微卡汽车的侧面防撞性能;降低了侧面碰撞事故中乘员的致死率与致伤率。     

恒定速度牵引运行的缓冲结构设计

主要研究牵引运输中的缓冲结构设计;通过对给定的牵引运输的边界条件:最大冲击作用力、牵引速度、冲击物最大速度、缓冲结构弹性系数及质量,建立数学模型,求解微分方程,得到问题的解;最后通过MATLAB语言对问题的求解过程进行了程序设计,只要将边界条件输入,就可以解出满足要求的缓冲结构的弹性系数及冲击过程的最大冲击力。给广大机械设计人员提供了快速的缓冲结构设计依据。     

碰撞中乘员有无抓握顶棚扶手下的伤害对比分析

目前在利用假人研究碰撞过程车内人员损伤程度试验中,未考虑假人抓握顶棚扶手时对人体损伤评定产生的影响,针对该问题基于LS-PREPOST和Oasys PRIMER软件建立汽车副驾驶室和具有手部抓握能力的数字假人模型,通过添加实车碰撞测试中B柱加速度曲线,模拟正面碰撞过程中加速度场,并对自由坐姿状态下和抓握顶棚扶手状态下的假人主要部位进行损伤程度对比分析。仿真结果表明,假人在抓握顶棚扶手的情况下头部合成加速度峰值和头部损伤程度指数(head injury criteria,HIC)与自由坐姿状态下假人相比降低了6.1%和30.2%,同时颈部最大剪切力、拉伸力和弯矩力分别降低了87.4%、76.9%、42.9%,胸部最大压缩量降低了16.9%。研究结果可为碰撞中被动安全领域的研究提供参考。     

不稳定围岩巷道锚杆支护的参数设计

应用结构力学、材料力学理论,证明结合拱的最大弯矩发生在拱顶处,推导出承载拱厚度的计算式,从而建立了不稳定围岩巷道锚杆支护参数设计组合拱计算的理论模型。该模型在东海矿开拓巷道的锚杆支护设计中进行了应用和验证。