基于协同优化方法的汽车正面抗撞性优化设计

将最优拉丁方试验设计方法与响应面方法相结合,建立了汽车正面碰撞过程中3组加速度指标的代理模型.使用协同优化方法对该3组加速度指标进行了协同寻优.优化结果表明,优化后3组指标均有不同程度的改善,提高了汽车正面抗撞性,表明使用协同优化方法、结合近似技术和有限元技术是求解汽车抗撞性多目标设计优化问题的一种有效方法,该方法能够有效地避免传统优化方法在求解高度非线性问题时面临的困难.     

新颖波纹截面薄壁圆管的耐撞性

提出一种新颖的波纹薄壁圆形结构,采用数值对比分析方法,分析不同波纹截面形状对薄壁结构耐撞性的影响.结果表明:对于同一外截面形状的波纹,波纹内截面形状的变化使吸能相差10%;外截面是矩形的不同内截面波纹结构的吸能性要高于外截面是圆形的不同内截面波纹结构,其中,外截面为矩形,而内截面为圆形的波纹结构具有最优的吸能性,比外截面为圆形,内截面为矩形的波纹结构的吸能性提高34.5%;波长对薄壁结构的耐撞性也具有较大的影响,波长为7.8 mm的波纹管具有较好的耐撞性;与无波纹结构的圆管相比,外截面为矩形,内截面为圆形的波纹薄壁管在不影响吸能的情况下,可以使峰值力降低50.8%.     

多方式进化遗传算法及其优化波纹薄壁管的耐撞性

 通过提出一种多方式进化遗传算法的途径改进了遗传算法,并用于求解汽车新型波纹薄壁管耐撞性优化问题。文中采用响应面法近似建立金字塔形波纹薄壁管的优化模型,在多方式进化遗传算法中采用多种编码方式、选择策略、交叉和变异操作,同时还设计了类似遗传学中染色体结构变异的倒位操作,有效改善了群体多样性。对于函数实例测试的结果显示,该算法克服了遗传算法有时局部收敛的缺陷,提升了收敛速度。在波纹薄壁管耐撞性优化问题上的应用研究表明了本算法在求解此类优化问题上的有效性和方便性。优化后波纹管吸能提高40%以上,显著改进了初始设计,进一步验证了多方式进化遗传算法求解此类优化问题的实用性。     

纯电动汽车正面抗撞结构耐撞性拓扑优化方法

为了解决纯电动汽车正面碰撞安全性差的问题,文章提出了一种综合考虑5种典型碰撞工况下整车优化区域以及动力电池布置分析的多目标耐撞性拓扑优化方法。基于混合元胞自动机(hybrid cellular automata,HCA)算法,耐撞性拓扑优化以单元相对密度为设计变量、结构内能密度分布统一为目标,运用固体各向同性微结构材料惩罚模型(solid isotropic material with penalization model,SIMP)下的变密度法进行材料分布;迭代收敛后,最终得到了传力路径优越、构型明朗清晰的耐撞性车身结构,同时得到符合整车性能要求的吸能纵梁形状。对优化后的整车模型进行的耐撞性验证表明,该优化结构让碰撞加速度与结构变形量同步最优化,大大增加了纯电动汽车正面碰撞的安全性,优化出的抗撞结构为纯电动汽车正面耐撞性设计提供了一定的参考。     

不同诱导结构轴向抗撞性分析

研究了圆截面薄壁构件的变形方式和吸能特点,针对其在碰撞过程中力-变形特性曲线的不足,根据预变形理论,对薄壁圆管结构进行了改进,在其上设置圆弧形诱导凹槽、凸槽和凸凹交替诱导槽,并采用有限元软件Ls-dyna验证了改进方案的合理性。     

变截面梁的抗撞性分析及应用

在研究多种不同截面形状薄壁梁碰撞吸能特性的基础上,提出了一种有效的变截面梁结构。选取变截面梁的主要设计参数作为研究对象,将有限元分析与试验设计、响应面法等结合起来,对变截面梁的抗撞性能进行分析,建立了变截面梁的抗撞性多目标优化模型;采用优化算法进行求解,得到了变截面梁的最优设计参数和多目标优化后的Pareto最优解,并通过有限元分析对最优设计参数进行了验证;最后将优化后的变截面前纵梁结构应用于某越野车40%偏置碰模拟中。试验结果表明,碰撞侧A柱的加速度峰值显著降低,整车的被动安全性得到提高。     

端部圆锥形薄壁构件的抗撞性设计优化

基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,研究了圆形截面金属薄壁构件的端部锥形尺寸对抗撞性的影响;经过数值分析,得出了端部为锥形的圆形截面薄壁构件的比吸能关于锥形长度和锥边直径的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定了基础.     

角单元对薄壁管耐撞性的影响

角单元对薄壁管的吸能特性影响显著,现有的关于耐撞性的研究只针对特定角度的角单元,不具备普遍性.文中将凹角引入薄壁管的截面形状设计中,提出一种新型的凹角管,实现了90°到180°之间任意角单元对薄壁管耐撞性影响的分析.首先,对一系列不同角度的薄壁管进行了轴向碰撞仿真;然后,利用超折叠单元理论定量推导出角单元与薄壁管轴向冲...     

考虑离散型变量的拼焊板结构耐撞性优化设计

为了进一步了解拼焊板结构的耐撞性以提高其设计水平,将其设计变量(例如材料等级和厚度属性等)在离散空间内给定并进行耐撞性优化设计.分析了焊缝位置和焊点间距对耐撞性能的影响,通过对比可知前者对加速度影响更大.结合非支配序列遗传算法对拼焊板结构进行了多目标优化设计,优化后结构的峰值力降低31.09%,比吸能增加6.84%.优化结果表明:该优化策略能为车身拼焊板结构的轻量化和耐撞性设计提供指导,具有一定的工程意义.     

夹芯圆管耐撞性分析及结构优化

夹芯圆管因其质量轻、成本低、能量吸收率高等特点被广泛应用于车辆工程和航空航天领域。为了提高夹芯圆管的耐撞性能,使用有限元软件Ansys进行轴向冲击仿真研究,分析了肋板数、壁厚、内圆直径对其耐撞性能的影响。结合响应面法和NSGA-Ⅱ算法对夹芯圆管的结构进行多目标优化,最后将结构进行扭转,探究扭转角对耐撞性能的影响。结果表明：壁厚对耐撞性的影响最大,内圆直径对峰值压缩力基本没有影响。扭转后的夹芯圆管可以在不提高峰值压缩力的前提下增加比吸能,耐撞性能有明显提高,扭转角度为45°时效果最佳,较扭转前增加了10.75%,为夹芯圆管的耐撞性设计提供了一种新方法。     

一种新型上部结构的客车侧翻安全性分析

以某传统"五大片"式客车车身上部结构为基础,设计一种新型整体式"U"型梁客车车身上部结构.根据ECE R66法规要求,建立了2种车身上部结构方案的整车侧翻有限元模型.对客车车身局部骨架刚度试验进行模拟分析,检验了模拟计算的可靠性.采用显式非线性有限元求解器LS_DYNA对客车侧翻过程进行模拟分析.利用ADAMS软件计算出客车侧翻撞击地面时的线速度和角速度,作为侧翻模拟分析的初始条件.研究结果表明,两种车身上部结构方案的客车都能满足ECE R66法规关于乘员生存空间的要求;与传统"五大片"式客车相比,整体式"U"型梁客车车身上部结构将更多的碰撞能量传递给顶盖骨架和非碰撞侧侧围骨架,使得碰撞侧侧围骨架吸能减少,侧窗立柱的变形量减小,提高了客车的侧翻安全性.     

短芯棒拔制有限元分析

借助ANSYS软件显式动力模块建立了钢管与内外模具的三维有限元模型，动态模拟了短芯棒拔制的整个过程，研究了模锥角、摩擦系数、壁厚等工艺参数对拔制力的影响，并根据得到的应力分布规律分析了生产中拔断等实际问题的机理．与空拔相比较，在短芯棒拔制过程中，纵裂现象一般不会发生，由于钢管轴向应力在横截面上分布均匀，一般也不会出现以局部破坏形式出现的横裂现象．本文所建立的拔制力分析模型经与实验结果比较，达到了较好的吻合，可为优化模具结构和进行短芯棒拔制工艺设计提供了依据．     

方形与圆形钢管梁半刚性护栏防撞性能对比分析

根据几何等效原理,分别建立了方形和圆形钢管梁半刚性护栏,采用显式非线性有限元分析方法,模拟了汽车碰撞两种钢管梁半刚性护栏的动态响应,对比研究了碰撞过程中两种护栏的最大应力、横向位移和护栏系统及其各部件的吸能特性。结果表明,两种护栏形式都有较好的防护作用,方形钢管梁半刚性护栏的最大位移和最大Mises应力较圆形钢管梁半刚性护栏小,但其变形吸能效果明显比圆形钢管梁半刚性护栏的吸能效果差。     

连铸圆管坯轧管内折成因分析

针对包钢连铸圆管坯热轧无缝钢管产生大量内折缺陷这一问题,主要从铸坯质量入手,运用逐步回归方法,分析了形成内折的主要原因.研究结果表明,钢水精炼成分[Mn]/[S]过低,浇注过热度△t以及与其匹配的拉坯速度v过高是造成铸坯质量的主要原因,为提高产品质量提供了参考依据.     

基于ANSYS/LS-DYNA的钢筋混凝土框架柱抗冲击性能有限元分析

基于ANSYS／LS—DYNA非线性有限元显式动力分析软件,对钢筋混凝土框架柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,主要分析了流场压力分布和柱的破坏过程。模拟结果表明,在近距离爆炸空气冲击波荷载作用下,柱中棱边混凝土单元首先发生剪切破坏,然后柱底发生弯曲破坏;框架柱柱端约束与柱动力响应直接相关。     

非对称变形模式下薄壁组合结构耐撞性研究

基于单一薄壁金属结构具有稳定的、可控的塑性变形吸能优点及存在碰撞界面力过载缺点的现状,本文提出承载能力更高、界面力更加稳定的组合结构的设计理念,并对单层薄壁结构及双层薄壁组合结构进行有限元建模,利用非线性显示动态有限元软件LS-DYNA对其耐撞性进行分析。研究表明：在非对称变形模式下,薄壁组合结构耐撞性特性优于单层结构;对组合结构加工V型诱导槽后,其缓冲特性有较大提高,能进一步有效地控制吸能过程中的过载情况。     

预制螺旋槽薄壁管的吸能研究

为了使机车在碰撞过程中吸收更多的能量,达到提高机车被动安全性的目的,设计了一种预制螺旋槽薄壁管结构。通过非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对3种不同薄壁管结构进行了数值分析,并研究了螺距、螺旋角和半圆形螺旋槽直径对预制螺旋槽薄壁管的吸能性能的影响。研究表明:(1)半圆形螺旋槽薄壁管相比圆形管和矩形管具有更好的吸能性能,可作为一种新型薄壁管吸能元件;(2)螺距对螺旋形薄壁管的吸能效果具有很大的影响,在0.17 m时吸能效果最好;(3)当半圆形螺旋槽的直径大于5 mm时,吸能性能会出现急剧下降;(4)螺旋角几乎不影响吸能效果。     

基于数值模拟的半刚性护栏性能优化

ANSYS/LS-DYNA数值模拟的计算结果表明,按规范设计的波形梁Ⅰ型（WBSGⅠ）护栏在车辆与刚性护栏的碰撞过程中,不能满足承载力要求,导向性差,有可能发生车辆越出护栏的坠车事故.参考东海大桥的护栏设计标准（TBSG）,对规范中护栏各部件的设计参数做出调整,设计出波形梁Ⅱ型（WBSGⅡ）护栏.模拟结果表明,该护栏提高了护栏的安全性和车辆导向性.计算结果可为实车试验和工程实际应用提供参考依据.