基于多刚体有限元耦合仿真的翻滚事故再现

基于实际汽车翻滚事故信息,利用MADYMO仿真软件开展事故仿真再现研究,建立了适用于车辆翻滚的多刚体有限元耦合模型。翻滚建模过程中汽车的底盘部分采用多刚体建模方法搭建翻滚相关的悬架系统,整车的白车身与内饰等采用有限方法元建模并与多刚体耦合。仿真结果表明:模型中整车滑移量为6.5 m,与事故场景基本一致;仿真中整车的前端变形量为105 mm且变形模式与事故车相似,验证了该建模方法的准确性。基于事故再现模型分析了安全气囊对乘员的保护效果,结果表明:引入安全气囊后,假人头部HIC降低了28%。     

轿车侧面碰撞安全性分析

针对某中低档轿车侧面碰撞安全性差的情况,建立了该轿车侧面碰撞仿真模型,对其侧面车身结构进行改进,合理地利用车体结构和材料特性来改善汽车碰撞时的变形模式和吸能机理。改进前、后的侧面碰撞仿真结果表明,优化后车门和B柱的侵入量以及B柱侵入速度明显减小,车辆的侧面碰撞安全性得到显著提高。     

套管空间受力问题的计算机仿真分析

本文建立了套管变形的空问有限元力学模型及数学模型，并开发了其空问有限元仿真软件，为分析井下复杂力学系统作用下，套管破坏提供了简捷的手段。空间套管模型上仅受非均匀载荷作用时，其仿真结果与文献[1]中平面问题仿真结果一致，即这种情况下，平面应变问题仅为套管空问问题仿真的一个特例。文中对套管空问问题进行了弯曲、扭转、内外压等组合载荷作用下的仿真分析，为研究套管复杂力学来统作用的玻坏、变形过程提供了具有参考价值的理论指导意义.     

纤维金属帽形结构低速冲击力学性能研究

为了研究纤维金属混合材料帽形结构的动态冲击性能,采用落锤机和夹具测量碳纤维和铝合金的动态参数,采用拉伸机测量静态参数,对2种参数进行对比分析,研究应变率对于材料应力的影响,分别采用指数函数、三次多项式和幂函数拟合二者之间的关系,分析应变率影响材料强度的机制。在落锤机上进行不同速度的低速冲击实验,分别采用动态参数和静态参数进行仿真,验证动态参数的有效性。研究冲击速度和材料对帽形结构抗冲击性能的影响。结果表明：应变率主要影响材料的强度,在应力与应变率的关系中,三次多项式具有较好的拟合效果,碳纤维的拉伸、剪切应力随相应应变率的增加而增加,而压缩应力随着压缩应变率的增加而减小,铝合金的拉伸应力随着拉伸应变率的增加先增加后减小;对不同速度的冲击实验仿真,采用动态参数更接近真实的受力情况;比吸能随着冲击能量的增加而提高,与铝合金和碳纤维相比,纤维金属材料具有优良的抗冲击性能。     

侧面碰撞B柱变形模式对乘员损伤的分析

在汽车碰撞事故中,侧面碰撞事故发生概率大,并且由于侧围变形空间小,容易造成比正面碰撞更严重的伤害,其中B柱作为重要的侧面结构,其变形模式与乘员损伤有着直接的关系。在已有的有限元模型基础上,利用MADYMO搭建并计算3组多刚体与有限元混合的B柱变形模式的侧碰简化模型,每一组模型分别附以不同的侵入速度和侵入量。对每组计算结果求均值,再结合C-NCAP侧面碰撞评价指标对数据进行分析,研究侧碰中B柱变形模式与乘员损伤的关系,并对结果进行运动响应分析,提出规律性总结。     

诱导结构对汽车前纵梁碰撞性能的影响

前纵梁作为汽车正碰的主要吸能部件,其诱导结构对耐撞性有着重要影响。针对汽车前纵梁正碰过程中的高速压溃塑性变形问题,建立了6种诱导结构周向位置及5种诱导结构组合形式的前纵梁与刚性墙碰撞有限元模型,采用分段线性塑性材料本构模型和显式动力学有限元法对其碰撞过程进行动态仿真,获得了前纵梁的变形情况、能量变化情况和碰撞力曲线,分析了诱导结构周向位置及其组合形式对前纵梁碰撞性能的影响。研究结果表明:诱导结构的周向位置及组合形式对前纵梁变形的影响较大,添加诱导结构可减小碰撞力峰值和增大载荷比,前纵梁刚度强弱相间分布可提高其碰撞过程的稳定性。仿真变形结果与试验结果吻合良好,验证了所建立的有限元模型的正确性。     

轴承与壳体压装工艺动力源的选型研究

为了探究轴承与壳体压装过程中压机的选型问题，课题组基于弹性力学理论对压装力的大小进行理论计算，采用Inventor三维软件建立壳体和轴承三维模型，应用Workbench软件进行压装过程仿真，得出了过盈装配应力应变情况以及轴承、壳体装配时压装力 位移曲线关系。通过伺服压机的压装试验，分析并验证轴承壳体压装力和位移的理论关系以及压装力 位移曲线实时变化规律。研究结果表明：压装过程中力的理论计算和仿真分析可计算出最大压装力，根据最大压装力的大小和压装性能要求来确定压机型号；根据确定的方案进行工艺试验，并将试验结果与理论分析进行对比，验证了方案的可行性及准确性。分析结果可为轴承壳体压装动力源的选型提供参考。     

电动汽车电池包底部锥状物冲击下的力学响应分析

为研究地面碰撞事故对电动汽车电池包的损伤,以某款电动汽车的电池包为研究对象。通过建立电池包的CAD模型,在Hypermesh中建立电池包的精细化有限元模型,随后通过模态实验与仿真证明了模型的准确性。动态速度下的侵入是地面碰撞过程中的主要故障模式。采用速度为1～5 m/s的锥形冲头对电池包进行动态冲击,得到冲击载荷作用下电池包结构的应力和应变分布情况及最大值,将结果与准静态作用下的结果进行比较,结果显示:不同速度作用下的电池包失效位移小于准静态下失效位移,且随着速度的增大,失效位移越来越小,但是失效的临界力却更大。进一步对不同锥形冲击物的顶角和顶端半径进行参数化研究,全面揭示电池包在地面冲击下的响应。研究结果对于动力电池包的地面碰撞分析及电池包的安全性能研究有参考意义。     

汽车正面耐碰撞性有限元仿真分析

为研究汽车正面碰撞过程中的被动安全性能,建立了某型汽车整车有限元模型,基于中国新车评价规程(C-NCAP)对其进行评价。以运行速度为50 km/h的汽车与刚性墙发生正面碰撞为例,应用LS-DYNA软件进行有限元分析,对整车变形、车身能量、B柱加速度和前围侵入量等结果进行分析,研究汽车吸能部件对碰撞结果的影响。结果表明:碰撞过程中整车出现回弹现象,前部吸能不够充分;驾驶员侧加速度最大为41.6 g,满足国内碰撞要求;保险杠的最大位移量为490 mm,前纵梁的最大变形量为241.2 mm,从而得出碰撞中主要吸能部位为保险杆和前纵梁。通过正面碰撞仿真分析,得出该车有较好的正面耐撞性,得到的碰撞数值模拟结果可为该车的结构设计提供参考。     

拉延工艺过程的应变分析

本文应用塑性加工力学理论分析了拉延变形过程，根据拉延变形的实际情况，建立了位移和凸缘半径之间的关系，然后利用轴对称变形几何方程，求出了拉延变形的应变与凸缘半径之间的关系。并通过该关系求得了等效应变，为进一步研究拉延工序变形过程中的真实应力应变关系、求解拉延力和最大拉延力奠定了基础。     

基于聚氨酯弹性体位移传感器的有限元分析及实验

为揭示聚氨酯弹性体位移传感器固定端应变与运动端位移、扭转之间的关系,课题组基于橡胶类材料单轴拉伸实验得到的应力应变关系,通过数据拟合后确定最适合聚氨酯弹性体材料的Ogden本构模型及参数。用ABAQUS软件建立了聚氨酯弹性体位移传感器的非线性有限元模型,分析运动端位移和扭转情况下传感器的应力、应变和位移变化规律。研究表明：随着运动端位移和扭转的加载,固定端的应变随之增加,当位移达到30 mm时,最大应变出现在距离固定端4 mm处;当扭转达到15°时,最大切应变区域为整个弹性体发生扭转变形部分;此分布规律指导了传感器设计中应变片布置方案。将传感器仿真与测量实验数据对比,误差在10%以内,符合传感器要求。     

Cu-Ni-Si-Cr合金动态再结晶行为及组织演变研究

利用Gleeble 1500D热模拟试验机,研究了Cu Ni Si Cr合金在不同应变速率和不同变形温度下流变应力与应变速率、变形温度之间的关系及其组织在热压缩过程中的变化.结果表明,应变速率和变形温度的变化对合金的再结晶影响较大,变形温度越高,合金越容易发生动态再结晶,应变速率越小,合金也越容易发生动态再结晶;在同一应变速率下合金动态再结晶的显微组织受到变形温度的强烈影响;并利用Arrhenius双曲正弦函数求得Cu Ni Si Cr热变形激活能Q为265.9 kJ/mol.     

货车外形改装对碰撞相容性的影响

针对车辆改装可能改变原车碰撞相容性从而导致车辆安全性能发生变化的问题,根据1例真实改装货车与越野车发生碰撞的道路交通事故进行事故过程的重建,建立有限元碰撞模型,并进行改装前后的碰撞仿真。仿真结果表明:货车改装之后会使得碰撞时越野车驾驶室应力应变增大、最大侵入量增加,即车辆相容性变差。提示有关部门应采取措施严格禁止私自改装车辆,以保证在交通事故中的车辆安全性。     

圆筒形件拉深过程的力学理论分析与计算

本文应用塑性力学理论分析了拉深变形过程,根据拉深变形的实际情况,建立了位移和凸缘半径之间的关系,然后从轴对称变形几何方程出发,求出了拉深变形的应变与凸缘半径之间的关系,并通过该关系求得了等效应变,确定了真实应力应变关系模式,从而求解出了拉深力.     

基于ABAQUS的铝合金超声冲击处理有限元模拟

为了探究超声冲击处理对7A52铝合金材料应力应变的影响,采用有限元分析软件AQAQUS建立了7A52铝合金的超声冲击处理模型,旨在探讨7A52铝合金材料模型中应变率以及超声冲击次数对应力、应变的影响规律。结果表明:材料的应变率和超声冲击次数均会影响应力应变;随着冲击次数的增加,x方向的压应力会增大,且其压应力值存在的深度范围会增大;冲击次数对z方向应力的影响比x方向应力的影响要大;随着冲击次数的增加,沿试板冲击深度方向的等效塑性应变值也会增大,且其最大值位于距离试板冲击表面一定深度范围内;材料在高应变率变形条件下,应变率对等效塑性应变有较大的影响;无论是否考虑应变率的影响,冲击次数对z方向应力的影响都很显著,随着冲击次数的增加,其z方向的应力显著增大,且在相同冲击次数下,冲击点处的z方向应力不考虑应变率影响比考虑应变率影响的数值要大很多。     

三维数字图像相关法的匹配策略和应变场计算

针对在三维数字图像相关法的三维重建过程中存在着两种不同的匹配策略,利用三维仿真散斑图模拟变形,分析研究二者在不同场景下应用的品质。现有的三维应变场计算有直接对三维位移场计算和对位移场投影后再进行计算两种方法,这两种方法存在忽略局部特征、未去除噪声的缺陷。为了得到精度较高的应变场,采用基于最小二乘拟合的微单元体应变计算方法。仿真分析结果表明:利用该计算方法求得的应变场精度明显提高。     

电极形状对铝合金薄板凸焊影响的有限元分析

凸焊过程的焊接电流和焊接压力是影响焊接结构质量的重要工艺参数.利用有限元分析软件Simufact-welding建立了多场耦合的凸焊有限元仿真模型,研究了6063铝合金薄板凸焊过程中电极形状对焊核尺寸和残余应力的影响.结果表明,当焊接电流35kA、焊接压力5kN时,采用C型电极能够在相同的电流和压力下,得到最小的焊核尺寸以及最小的接头变形量.经过实验对比,发现C型电极的变形量最小而D型电极的变形量最大,其仿真结果基本能够代表实验结果,因此,该仿真方法能够较为准确地为真实焊接过程提供方向性指导.     

基于HyperWorks的混合动力环卫车副车架有限元分析及轻量化设计

为降低混合动力环卫车副车架质量和整车油耗,达到车辆节能减排的目的,采用CATIA建立混合动力环卫车副车架的三维模型,并导入HyperWorks中。利用HyperWorks建立副车架的应力分析有限元模型,并计算颠簸、转弯、加速3种工况下副车架的应力分布和变形量。基于静态的有限元仿真结果,以颠簸工况作为设计工况对副车架进行拓扑优化。根据得到的优化结果,提出在副车架上适当加工减重孔的轻量化设计方案,并对改进设计后的副车架进行仿真,验证方案的合理性。研究结果显示:在满足副车架强度和变形量要求的前提下,通过对副车架的轻量化设计,使副车架总质量降低12.96%,实现了轻量化的目标。     

不同围压作用下的力学和岩石声发射特性数值实验研究

运用岩石破裂分析RFPA2D系统,研究不同围压对岩石材料强度、变形特性、破坏形式的影响规律,进一步对不同围压下岩石破坏的声发射特性进行深入研究.从模拟结果可看出:随着围压的增大,岩石试件变形过程中的延性区间增长;所得到的围压与抗拉强度的关系是非线性曲线,说明使用的数值模拟系统能够反应出岩石复杂的、非线性的破坏过程.同时,通过研究岩石破坏过程中声发射的变化规律发现随着围压的增加,岩石声发射频度最大时刻存在滞后效应,且各阶段的力学行为造成不同阶段岩石内部的结构变化的特征信息.     

高速列车刚柔耦合动力学仿真分析

研究了高速列车弹性车体对整车动力学性能的影响。为分析弹性车体对列车运行的影响,首先建立了车体有限元模型,计算了车体的模态,并生成模态中性文件将其导入VI-Rail软件,然后将柔性车体和前、后转向架子系统组装成刚柔耦合整车模型,分析了其对运动稳定性、运行平稳性、运行安全性的影响。通过与刚性车体动力学模型仿真结果的对比表明:弹性车体模型会使整车各项动力学性能指标略大于刚性车体模型。