材料特性的模拟对碰撞仿真计算精度的影响

以薄壁直梁为例,建立有限元模型模拟20.19 km.h-1下质量钢块碰撞薄壁直梁件的试验过程.通过优化模拟计算过程,得到与试验曲线相接近的碰撞模拟减速度曲线,再通过改变材料的屈服极限、硬化参数和惩罚因子来分析这三者对碰撞仿真计算精度的影响,以提高车身耐撞性虚拟分析的可靠性.     

某车体结构正面碰撞建模仿真与方案选择

为了得出具有较好碰撞潜能的目标车体结构,提出了两个不同的纵梁设计方案,基于有限元理论重点提出了仿真建模中运用比较普遍的对称罚函数法.按照整车变形量、车体减速度、乘员舱侵入量三个评价指标分别评价方案一和方案二,两个方案的整体变形都符合要求;方案二由于设置了诱导槽,在碰撞中吸能盒到纵梁从前至后依次溃缩变形,方案二的减速度曲线更加符合"前高后低"原则及其平均通过力更为平缓;方案二乘员舱侵入量更少.仿真表明设计出的纵梁要有适当的变形引导,纵梁应实现稳定的轴向溃缩模式.因此选择具有更好的碰撞性能的方案二右边车体减速度曲线作为乘员约束系统优化的输入值.     

基于拟合波型的正面碰撞胸部减速度比较计算

在正面碰撞车体结构和乘员约束系统的设计中,需要把复杂的减速度拟合成简化的波型.文中通过计算等效方形波ESW、尖顶等效方形波TESW和等效双梯形波EDTW 3种简化波型,发现EDTW积分得到的速度和位移曲线与实际曲线拟合得最好;通过比较基于ESW、TESW和EDTW的胸部减速度,发现基于TESW的胸部减速度峰值与实际峰值...     

汽车碰撞中胸-腹部的生物力学响应与损伤评价

统计表明,在汽车交通事故中人体胸部和腹部的损伤占很大的比例.为了研究汽车碰撞事故中人体胸腹部的生物力学响应与损伤机理,文中利用建立的人体胸-腹部生物力学有限元仿真模型,并引入国际同行已进行的相同部位尸体实验研究数据,对碰撞过程中人体胸腹部的生物力学响应进行了仿真分析.文献尸体实验与仿真过程中胸腹部的受力、加速度、胸腹部压缩变形量以及应力、应变分布等指标的对比结果表明,仿真结果与实验数据具有很好的一致性.研究表明,人体胸-腹部生物力学响应的有限元模拟能够准确地反应碰撞过程中人体胸-腹部的损伤程度,文中提出的模型可以用于汽车车身结构、约束系统、防护系统等方面的安全性设计和评估.     

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.     

儿童约束系统模型建立及其损伤的初步研究

文章运用多刚体动力学和有限元耦合的方法建立了儿童约束系统(CRS)仿真模型,对整个仿真模型的有效性进行了验证;应用MADYMO软件模拟了侧碰撞中在不同的碰撞速度下车门侵入量、儿童乘员的乘坐位置对3岁儿童乘员损伤的影响.仿真结果表明:在侧碰撞中与碰撞速度有一定比例关系的车门侵入量对儿童乘员头部及胸部的损伤影响非常大,后排座椅靠近碰撞侧位置比非碰撞侧儿童乘员受损伤的风险要高.     

基于样条理论的自动垂直泊车轨迹规划

分析泊车轨迹曲线设计要求并综合B样条曲线特点,提出基于B样条曲线理论通过对轨迹控制点优化进行自动垂直泊车轨迹规划的方法.分析泊车过程中存在的可能性碰撞点,并建立相应的避撞约束函数.考虑泊车环境障碍约束、车辆自身参数约束、泊车初始点方位约束、泊车终点位置约束,以泊车轨迹的最大曲率值最小化为目标,以轨迹曲线控制点为变量,根据Ackerman转向原理建立车辆运动轨迹多约束方程.分别对一般泊车环境和狭小空间泊车环境进行泊车轨迹规划,利用Matlab软件非线性约束优化函数求得轨迹控制点,得出轨迹曲线.仿真结果表明:对于一般泊车环境该方法能使车辆无碰撞地进入车位,且满足泊车轨迹曲率连续性;对于相对狭小泊车环境,也能求得一组轨迹控制点,通过不断调节前轮转角实现车辆无碰撞地泊车入位并保证了轨迹曲率的连续性.仿真结果表明了基于样条理论的泊车轨迹规划方法可实现车辆无碰撞地泊车入位,并满足轨迹曲率连续性要求,有效地解决了泊车过程中停车转向问题.     

车辆正面碰撞的仿真与试验

以某轿车为对象,建立含乘员约束系统整车有限元模型.在LS-DYNA环境下,将整个模型划分为36万个壳单元进行正面碰撞过程数值模拟.对碰撞过程中能量转移、耗散、主要结构的吸能效果、乘驾假人的变形损伤指标进行了分析.将仿真分析结果与碰撞试验测试结果进行对比和评估,验证了含乘员约束系统的整车有限元模型的有效性;含乘员约束系统的汽车碰撞模型及计算机仿真分析方法较真实地反映出实车碰撞的状况和结果,具有实际工程应用价值.     

汽车模拟碰撞吸能器的仿真分析及试验

介绍了自行设计的汽车模拟碰撞吸能器的特点及原理，利用LS—DYNA有限元分析软件对吸能器的波形复现原理进行了仿真分析，利用销柱间钢筋预变形产生阻尼力，改变钢筋的属性并调节钢筋的类型、数量、长度和位置，改变钢筋预变形量，复现出不同车重、不同碰撞车速所期望的减速度波形．通过仿真分析，对汽车碰撞模拟吸能器进行了改进：减小钢筋直径；钢筋预变形量做成可调式，根据需要调节预变形量．在达到同等阻尼效果时通过增加钢筋根数，提高了系统的微调能力和模拟波形的精度．仿真与试验结果的比较表明：汽车模拟碰撞吸能器仿真模型复现的波形和吸能器碰撞的试验波形吻合较好，验证了吸能器仿真模型的正确性，为吸能器的优化提供了依据，缩短了调试时间，提高了波形复现的精度．     

基于代理模型的汽车乘员约束系统性能优化

针对汽车碰撞乘员约束系统优化设计中多参数和非线性问题,提出了基于径向基函数代理模型的优化设计方法,通过LS-DYNA分析软件建立正面碰撞乘员约束系统的仿真模型并对其进行验证.基于该模型选取对响应影响较大的设计变量作为优化变量,在LS-OPT中选择径向基函数构建代理模型,采用空间填充试验方法进行试验设计,运用自适应模拟退火算法进行优化求解.优化结果表明:人体综合损伤WIC值相比初始设计值降低了28.2%,实现了对设计目标的优化.     

使用随机子空间法解决受力加速度响应的模态参数识别问题

当外力为高斯白色噪声激励,并且已知线性动态系统的初始条件时,加速度动态响应的随机递减函数和自由衰减振动响应不相等,这是因为在白噪声激励下此随机递减函数中存在一个奇异点;而直接使用有外力嵌入的受力加速度响应会对参数识别精度产生影响。针对随机子空间方法应用于加速度数据的数学基础加以论证,并证明用加速度响应来进行模态参数识别时,将会出现一个识别偏差问题;该偏差问题是因为其加速度相关函数,还受到外力之相关函数的影响。对原始随机子空间方法进行改进,采用无加权模式对Toeplize矩阵进行奇异值分解。透过一个三自由度动态系统的加速度响应进行模态参数识别。结果表明,该方法不仅能有效地消除外力的影响,更能提高其识别精度。     

基于车轨耦合动力学分析的地铁e型弹条扣件疲劳寿命预测

地铁是城市交通的重要组成部分,而扣件系统是地铁轨道结构的关键部件,起到固定钢轨、减振降噪的作用。为分析地铁e型弹条扣件的疲劳性能,基于车辆轨道动力学理论,通过多体动力学软件UM建立了车轨耦合模型,研究了车辆速度、轨道不平顺类型以及曲线半径与钢轨动力学响应的关系;并通过有限元软件ABAQUS对扣件系统进行了仿真计算,将车轨耦合动力分析得到的钢轨位移作为疲劳荷载,采用应力疲劳计算的方法对弹条的疲劳寿命进行了预测和分析。结果表明：钢轨位移响应受不平顺类型和车辆速度的影响较小,而加速度响应对两者则比较敏感;轨道曲线半径的改变,对内轨位移的影响相对明显,随着半径的减小,内轨的位移时程曲线出现明显的上移,同时对加速度的影响也增大,内轨加速度峰值呈增大趋势;基于此模型计算的弹条疲劳寿命为2.14×10⁷次,寿命最低处位于弹条后拱小圆弧段,与实际断裂位置相吻合;弹条初始安装扣压力对弹条疲劳寿命的影响很大,随着初始安装扣压力的增大,弹条的疲劳寿命不断减小,且减小的速度趋于增大,为确保弹条扣件处于良好的工作状态,初始扣压力应当控制在11～15 kN范围内。     

飞机风挡结雾的瞬态特性研究

以分析风挡结雾过程的瞬态特性为目标,首先建立了风挡温度控制方程和定解条件,然后分析了座舱湿度的计算方法以及单个雾滴与其周围环境的换热特征,最后确定了风挡内表面附近湿空气的凝结速率。以上瞬态模型能够对飞机风挡结雾过程的数值模拟提供有效的理论依据。     

基于LBE方法的驾驶室防护仿真

利用LS-DYNA动力有限元软件,分别用ALE(arbitary Lagrangian Eulerian)方法和LBE(load blast enhanced)方法模拟5种不同装药量下四边约束靶板的动态响应,并与试验进行对比验证LBE方法的正确性及优越性.基于LBE方法对某型车辆驾驶室在3种不同装药量产生的爆炸冲击波作用下的动态响应进行仿真模拟,得到驾驶室应力和节点位移云图,并与试验结果进行对比.结果表明采用LBE方法对驾驶室进行仿真所得结果与试验结果吻合较好,可应用于爆炸冲击波对车辆驾驶室的损伤仿真研究.      

航天飞船座椅着陆缓冲系统的力学模型

为了分析载人飞船返回舱人椅系统着陆过程特点和减小其冲击过载,建立了一个典型缓冲系统的力学模型,给出了运动过程和主要评价指标的计算方法和公式,并通过典型工况进行了实验验证。讨论了部分边界条件、设计和评价参数对转动中心、头部加速度峰值、做功和行程的影响。结果表明,减小缓冲力阈值,可以减小座椅的胸背向加速度,但对头盆向加速度影响不大;水平速度和加速度会影响到缓冲器的工作特性,通过减小初始速度和输入加速度可以降低各个方向的过载。     

舱室在爆炸冲击载荷作用下的结构毁伤研究

为了研究舰船舱室在反舰导弹作用下的毁伤效果,模拟典型舱室进行数值仿真。分析了爆轰波和冲击波的破坏模式,研究了在爆炸冲击载荷作用下的舱室响应过程;同时结合材料失效原理,给出破坏准则。数值模拟结果表明:舱室是封闭空间,弹药爆炸产生的爆轰波和冲击波在舱壁面上多次反射;由于角隅部位汇聚冲击波而受到的超压作用要大于舱室壁面,所以破坏的部位首先出现在甲板中心到与围壁之间的角隅部位。舱室的主要破坏模式是沿着角隅部位开裂,最终舱室发生解体。通过模拟不同厚度的舱室结构可知,装药量一定时,舱壁越厚舱室抗爆能力越强。     

基于SIMULINK的高填方加筋路堤地震反应分析

为研究高填方加筋路堤的地震反应,将其简化为一个多质点体系,考虑加筋对路堤抗侧刚度的影响及筋材与土体间的摩擦力,推导水平地震作用下加筋路堤的动力方程,然后,将动力方程所代表的动力学系统用状态空间法予以描述,根据其状态方程在SIMULINK环境下建立仿真分析模型,从而求解动力方程,获得高填方加筋路堤的地震反应结果。并将此仿真模型运用于分析某一铁路路基加筋土挡墙的地震反应,分析结果与FLAC2D计算值进行对比。研究结果表明:该方法简单实用,求解精度较高,模型中的力学参数可以通过常规土工试验获得,可应用于实际工程地震反应预测;加筋对水平地震作用下堤顶加速度放大作用有明显的抑制效果;加筋后路堤水平地震位移明显减小。     

水下接触爆炸作用下舰船防护结构中液舱影响仿真分析

针对舰船防护结构在爆炸作用下的非线性动态响应,采用数值方法对多层板架结构的抗爆进行研究．借助于有限元程序LS—DYNA中的ALE算法,提出多层舱室、多种介质的多耦合面在爆炸载荷作用下的动态响应仿真计算方法,对三层板壳结构在水下接触爆炸荷载作用下的非线性动态响应过程进行数值仿真．分别对三层空舱和两层空舱、一层液舱及改变液舱中水位的情况进行比较,分析了钢板的破口半径及各层板上单元有效应力、压力、位移等动态参数．仿真结果表明液舱的设置可以提高多层板壳结构的抗爆抗冲击性能,并且适当减少液舱中的水,不会影响其抵抗爆炸载荷的能力．     

质量时变系统的动载荷识别

研究质量时变系统的动态载荷识别技术,引入广义模态概念,在初瞬时的模态空间中利用模态叠加法得到部分解耦的动力学方程,结合考虑质量变化效应的虚拟变形法和Duhamel积分,构建反演动态力的2种分析途径.一种是基于加速度反演的连锁递推格式,另一种是基于位移和加速度反演的正则化求解格式.分析2个动载荷作用下的变质量多自由度系统,利用Euler中点辛差分方法求得系统的响应,将其叠加随机噪声以模拟测点响应,然后,应用2种模态力反求格式反演动载荷.研究结果表明,连锁递推格式计算效率高,但对加速度测量噪声敏感;正则化求解格式的稳健性较高.     

一种二自由度灵巧型装置设计与精确定位的实现

针对大口径光学系统舱内部空间狭小,导致传统检测设备安装困难的问题,设计了一种便于在狭小光学仓内执行镜面缺陷检测的灵巧型伸缩装置;并通过拟合算法实现了对该装置末端的精确定位。首先具体介绍了该装置的结构设计;并对该装置建立了包含齿隙特征的数学模型。然后,采用基于最小二乘法的曲线拟合算法简化了装置末端坐标表达式;并通过仿真得出最佳拟合阶次,降低了误差,提高了坐标定位精度。该装置在实际应用中完成了狭小光学仓内的检测任务,且能够达到正负0.005 mm的精度,满足设计需求,证明了方法的可行性。