考虑碰撞安全性的电动客车车身截面尺寸优化

针对承载式车身结构的客车在正面碰撞中安全性较差的问题,结合有限元网格变形技术对客车前端管梁结构进行碰撞安全性和轻量化多目标优化设计。建立了客车碰撞分析有限元模型并对碰撞后的评价指标进行了分析,选取了在正面碰撞中吸能量占比较大的管梁结构作为优化区域,以选取出的管梁截面的长度、宽度和厚度作为设计变量,引入驾驶舱4个关键位置的侵入量、前端结构的吸能量、峰值侵入速度和设计区域总质量作为优化响应,通过灵敏度分析得到各设计变量对优化响应的贡献度值,基于熵权法和TOPSIS综合权重方法,筛选出对优化响应综合贡献度较高的设计变量,最后结合拉丁超立方实验设计、响应面法(RSM)和NSGA-Ⅱ算法对客车前部区域结构进行了多目标优化,研究结果表明：多目标优化后,驾驶员胸部生存空间提升6.28%,腿部生存空间提升9.7%,选取点峰值侵入速度降低6.1%,客车前端吸能结构吸能量提升8.3%,同时实现客车前端结构质量减轻15.187kg,减重率为6.58%。     

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.     

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.     

吸能式转向系统在正面碰撞中运动响应模拟

通过非线性结构有限元方法 ,研究安装于某车型上的套筒式吸能转向系统在汽车正面碰撞过程中的响应及对乘员的保护作用 .建立了套筒式吸能转向系统的几何数学模型、解析数学模型以及计算模型 ,应用PAM -CRASH软件计算分析了该转向系统在胸块撞击下的受力情况 ,并与其台架试验结果进行比较 .满足一定精度后 ,将该套筒式吸能转向系统模型安装于整车计算模型 ,进行正面碰撞的模拟 ,以研究该套筒式吸能转向系统在汽车正面碰撞过程中的响应及其对乘员伤害的影响     

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。     

基于材料匹配的汽车保险杠多目标优化

汽车前保险杠在RCAR正面40%低速碰撞中及与行人下肢碰撞中起着吸能与缓冲的作用,汽车保险杠的刚度对于满足RCAR等级评价及行人下肢保护两种性能都有很大的影响.综合考虑行人下肢保护法规与RCAR的要求,以材料为变量进行正交试验设计,分别采用响应面法和综合平衡法对汽车保险杠进行多目标优化.研究结果表明,响应面法能够很好地表征材料屈服强度与各个目标值之间的关系,综合平衡法能更好地解决离散的、变量少、水平数少的多目标优化问题.经优化后,汽车保险杠的整体性能得到了提高.     

基于序列响应面方法的汽车板选材优化设计

提出了一种基于序列响应面方法与模拟退火算法相结合的汽车板选材优化方法,并将其用于车体的侧面碰撞安全性研究,采用多项式近似模型替代车体侧面碰撞的物理有限元模型,针对汽车碰撞部位各个零部件进行优化选材.结果表明,采用优化方法所得车体侧面碰撞部位各个零部件材料可达到合理的匹配,并可改善车体侧面的碰撞安全性.     

改进响应面法在汽车正面抗撞性优化中的应用

为提高汽车正面抗撞性,提出了精确收敛于当前设计点的改进的响应面方法,并将该方法与最优拉丁方试验设计方法相结合,建立了汽车全宽正面碰撞过程中B柱加速度峰值的代理模型. 基于该代理模型使用序列二次规划算法对多组结构参数进行优化. 结果表明,使用改进的响应面法建立的代理模型具有较高精度,基于代理模型优化后汽车B柱的加速度峰值降低18.2%. 该研究为汽车正面抗撞性优化提供了一种快速便捷的方法.     

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.     

基于虾螯结构的仿生薄壁管吸能特性分析及优化

为提高薄壁管结构的耐撞性和吸能性,基于雀尾螳螂虾螯结构,结合结构仿生学原理设计出具有仿生晶胞单元薄壁管,利用有限元法模拟了仿生薄壁管碰撞吸能特性,采用响应面法进行薄壁管结构优化.结果表明,仿生薄壁管的比吸能较普通薄壁管的分别提高了11.1%（轴向）和24.6%（径向）,优化得到仿生薄壁管轴向和径向吸能特性最优的结构尺寸,比吸能分别为27.0 kJ/kg （轴向）和10.8 kJ/kg （径向）,该薄壁管仿生设计和响应面优化方法为吸能元件的轻量化设计提供了新思路.      

双金属复合板矫直过程的弯曲及弹复解析

基于工程弹塑性力学建立了不同组坯方式下双金属复合板弯曲矫直过程截面弹塑性状态演变路径的解析模型。基于该模型分析不锈钢复合板矫直过程中的弯曲回弹特性,解释复合板弯曲回弹过程中截面的反向屈服现象,并将不锈钢复合板与单一材料板材弯曲过程进行对比。研究结果表明：双金属复合板在弯曲过程中截面会经历五种弹塑性状态,并伴随着不同的中性层偏移规律,弯曲回弹后的残余应力分布与单一材料板相比更加不均匀且可能进入反向屈服状态;复合板与单一材料板材的弯矩相对差值随着屈服强度比的增大而增大,其绝对值随着弯曲曲率先增大后减小。     

基于棘轮机构的安全油门踏板装置设计与仿真分析

针对特殊情况下驾驶员容易误踩油门踏板而造成交通事故的现象,分析了驾驶员踩踏油门踏板的方式,利用小球的惯性力作为误踩的评判依据,设计了一种基于棘轮机构的安全油门踏板装置。应用CATIA软件对该装置进行了三维建模,并对核心部件使用ANSYS软件进行有限元仿真分析。棘轮、前棘爪和后棘爪所受应力的最大值分别为152.1 MPa、165.19 MPa和149.82 MPa,均小于45#钢的屈服强度值355 MPa,且核心部件的应变较小。结果表明,该装置满足设计要求,能够防止驾驶员对油门踏板的误操作。     

Simulation about hot stamping of ultra high strength steel on the basis of lightweight technology

With the development of automobile lightweight,it is very necessary to apply the ultra-high strength steel parts manufactured by hot stamping,which offers the possibility to reduce the weight of automobiles and maintain the safety requirement.In order to complete hot stamping,it is important to design the structure of parts reasonably,which is related with reasonable matching of strength.The objective of this paper is to guide the design of parts manufactured by hot stamping and find the forming technical requirements of vehicle performance.Through experiments,the paper obtains the stress and strain curves at different deformation temperatures and strain rates.Based on experimental data, the constitutive relationship model is established which can reflect the deformation capacity of ultra-high strength steel during the process of hot stamping.Combined with finite element simulation results of hot stamping by commercial software AUTOFORM,transfer path of load and matching law of strength,the paper determines the design criteria and forming technical requirements of parts manufactured by hot stamping.At the same time,the impact performance of front cross member internal plate is taken into consideration.     

Effect of laser heating on the microstructure and hardness of TRIP590 advanced high strength steel used for roll forming

TRIP590 advanced high strength steel sheets were heated by laser with different powers.Changes of the microstructure and the hardness of TRIP590 steel under laser heating with different powers were investigated by metallographic microscope,scanning electron microscope,and hardness tester.The purpose was to study the effect of laser power on microstructure and hardness of TRIP590 steel.It is shown that the power of laser plays an important role on the microstructure and hardness of heated steel sheets.The results are helpful to determine suitable power for the laser auxiliary forming of Trip590 steel in order to obtain uniform microstructure and high hardness.     

基于随机有限元法的非机动车钢桥摩擦型高强螺栓可靠性分析

摩擦型高强螺栓连接是实现全拆装非机动车钢结构桥梁快速装配化建设的重要构件之一。为研究非机动车钢结构桥梁高强螺栓连接的可靠性能,首先采用有限元方法建立高强螺栓数值模型,并对模拟方法进行了准确性分析。在此基础上,利用响应面随机有限元法研究了随机变量对高强螺栓结构性能响应的影响,通过随机车流程序计算了非机动车桥梁荷载效应,最后利用可靠度设计方法研究了钢板梁高强螺栓的抗力分项系数。结果表明随机变量变异性对高强螺栓不同目标性能有不同程度影响;非机动车荷载作用下的钢桥高强螺栓设计承载力要稍高于现行规范理论公式计算值。     

钢骨高强混凝土柱的轴压比限值

在做出基本假定的情况下,通过分析钢骨高强混凝土柱截面中钢筋、混凝土和型钢的受力,确定出影响钢骨高强混凝土柱发生不同破坏形态的界限轴力,从而得出界限轴压比·在进一步针对轴压比的研究中发现,当钢骨高强混凝土柱截面中的型钢型号、混凝土等级、柱截面尺寸变化时,其轴压比的限值也是可变的,而不是一个定值·因此,在实际结构工程设计时应根据不同的情况采用不同的轴压比限值·     

CFRP加固高温后圆钢管混凝土结构轴压力学性能分析

在恒定高温作用后,对12个圆钢管混凝土短柱试件进行CFRP加固后的轴压力学性能分析.通过轴压承载力试验,研究了不同恒温及不同约束效应系数时CFRP-圆钢管-混凝土结构的轴压力学性能和变化规律.试验数据对比分析表明,高温作用后的圆钢管混凝土承载力和弹性模量随温度升高而降低,采用CFRP加固的高温受损构件力学性能明显得到改善.在综合分析基础上,利用简化公式计算的结果与试验分析结果吻合较好.     

高强度Q460钢高温蠕变性能

为了研究高强度Q460钢的高温蠕变对钢结构抗火性能的影响,采用高温蠕变试验装置测试了高温下高强度Q460钢材在不同应力水平下的蠕变应变随时间的变化曲线.根据试验数据,在现有蠕变模型的基础上拟合了高强度Q460钢材的高温蠕变模型.在有限元结构分析中引入钢材高温材料力学性能和蠕变参数,分析了考虑高温蠕变后轴心受力Q460钢柱的抗火性能.研究表明,高强度Q460钢材在高温和应力作用下具有明显的蠕变变形,在同一温度和时间下,蠕变应变随应力水平的提高明显增加;考虑蠕变效应后,在标准(ISO-834)的升温条件下,钢柱的耐火极限明显降低;在恒定温度下,钢柱的极限承载力随着时间的增加急剧降低,因而结构的抗火承载力设计需要考虑受火时间的影响.     

双层钢板混凝土复合井壁设计计算方法研究

通过对双层钢板混凝土复合井壁结构受力分析指出,由于内、外钢板筒的约束作用,中间混凝土层完全处于三轴受压应力状态,混凝土抗压强度得到了较大程度地提高。根据现行混凝土结构设计规范关于多轴应力状态下混凝土强度验算的相关规定,提出了双层钢板混凝土复合井壁设计计算新方法,并得到了模型试验的验证,通过实例计算结果表明,采用这一新方法设计的井壁结构不但安全可靠,而且还可大大降低井壁混凝土的设计强度等级或减薄井壁厚度,解决了特厚表土层钻井井壁结构的设计计算难题。目前,该方法已应用于工程实际的井壁结构设计中。     

高强度钢板强化机制的探讨

高强度IF钢是汽车用深冲性能最好的高强度钢板。通过实验，对BIF340钢板的固溶强化元素磷的强化机制和烘烤硬化钢板BH340的强化机制进行了探讨。