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高速列车金属/碳纤维混合摩擦吸能结构耐撞性设计及优化
1
作者 许平 舒安麒 +3 位作者 霍钰嘉 阳程星 郭维年 姚曙光 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期358-369,共12页
高速列车端部的吸能结构在碰撞事故中具有至关重要的作用,为保护乘客提供了最后的安全保障。在一般情况下,吸能结构通过其自身的塑性变形来耗散碰撞冲击能量,然而,这种方式可能导致试验研究的重复性较差,同时,也存在冲击力不稳定性问题... 高速列车端部的吸能结构在碰撞事故中具有至关重要的作用,为保护乘客提供了最后的安全保障。在一般情况下,吸能结构通过其自身的塑性变形来耗散碰撞冲击能量,然而,这种方式可能导致试验研究的重复性较差,同时,也存在冲击力不稳定性问题,为此,本文提出一种新型金属/碳纤维混合摩擦吸能结构(HFEAS),该结构由轴瓦、防爬装置、预紧螺栓、内管铁、摩擦板和摩擦金属/CFRP管组成。利用MM3000摩擦试验机测定样件摩擦因数,基于试验结果并结合复合材料的损伤特性,建立混合摩擦吸能结构的有限元模型,对有限元模型进行试验验证,研究不同结构参数对其耐撞性的影响。通过采用GRSM方法进行多目标优化,确定该新型摩擦吸能结构撞击力学参数的最优参数配置,并基于试验设计移动最小二乘法建立摩擦管直径D、螺栓预紧力F和钢铁层厚度t关于能量吸收(EA)、比能量吸收(SEA)和初始峰值(PCF)的响应面模型。采用多目标遗传算法对其力学参数进行优化,通过多目标优化的帕累托前沿得到该摩擦吸能结构的最优参数配置。研究结果表明:螺栓预紧力F对HFEAS的影响最大;当F从1 000 N增加到10 000 N时,峰值力增加了7倍,平台力增加了10倍。混合摩擦吸能结构将复合材料的轻量化与摩擦学特性相结合,为吸能结构的改进和发展提供了新的方向。 展开更多
关键词 轨道交通 耐撞性 摩擦吸能结构 碳钎维材料 多目标优化
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金属/碳纤维混合材料车身构件压溃性能及耐撞性设计
2
作者 梅轩 赵众豪 +4 位作者 周冠豪 任浩乾 曹悉奥 朱国华 王振 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期198-211,251,共15页
金属/碳纤维混合材料是由低成本、高延展性的铝合金与低密度、高强度的碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)组合而成。将该混合材料应用于车身结构设计中,能够有效应对轻量化、材料成本及碰撞安全带来的... 金属/碳纤维混合材料是由低成本、高延展性的铝合金与低密度、高强度的碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)组合而成。将该混合材料应用于车身结构设计中,能够有效应对轻量化、材料成本及碰撞安全带来的多重压力,并能够进一步拓展车身结构设计的思路和空间。将单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRP)、机织碳纤维增强复合材料(WF-CFRP)与方形铝合金薄壁管组合,制备了一系列不同规格的混合材料薄壁结构,并开展轴向准静态压溃试验,揭示了混合材料薄壁结构的耐撞性能。基于试验结果,分析碳纤维增强方式、铺层数以及组分材料相对位置等因素对混合材料薄壁结构耐撞性能的影响,其中CFRP/AL混合材料薄壁结构展现出优异的压溃吸能特性。此外,通过建立有限元模型将UD/AL混合材料薄壁结构引入汽车前纵梁轻量化设计中。最后,采用多目标离散优化算法对UD/AL混合材料前纵梁的铝合金厚度以及碳纤维铺层角度进行优化设计。优化结果表明,与初始设计方案相比,优化后的UD/AL混合材料前纵梁减重34.26%,且比吸能提高42.05%。 展开更多
关键词 金属/碳纤维混合材料 耐撞性设计 多目标离散优化设计
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仿海绵多胞吸能盒耐撞性能研究
3
作者 吴彼 王雪 +1 位作者 李鑫冰 王建威 《内燃机与配件》 2025年第1期57-59,共3页
在轴向碰撞中,传统单管结构存在设计空间有限的问题,而多胞管通过增加内部复杂结构设计提供了更高的能量吸收性能。为提高汽车吸能盒耐撞性,基于四胞吸能盒,受深海玻璃海绵骨架晶格启发,设计了FCS和MFCS两种仿生多胞吸能盒。采用数值仿... 在轴向碰撞中,传统单管结构存在设计空间有限的问题,而多胞管通过增加内部复杂结构设计提供了更高的能量吸收性能。为提高汽车吸能盒耐撞性,基于四胞吸能盒,受深海玻璃海绵骨架晶格启发,设计了FCS和MFCS两种仿生多胞吸能盒。采用数值仿真与理论分析,建立多胞吸能盒有限元模型,通过有限元模拟,对比分析了三种多胞吸能盒的耐撞性能。结果表明,仿海绵多胞吸能盒的耐撞性能有显著提升,特别是MFCS结构在能量吸收和抗撞性方面表现出最佳的综合性能;适当增加壁厚有助于提高三种多胞吸能盒的耐撞性能,仿海绵多胞吸能盒吸能特性和耐撞性评价指标提升较为明显。仿海绵设计可以有效提升吸能盒耐撞性能。 展开更多
关键词 吸能盒 有限元 仿生设计 耐撞性
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某新型有轨电车耐撞性能仿真研究
4
作者 张宜 鲍伟兵 《轨道交通装备与技术》 2025年第1期61-64,共4页
为了验证某新型有轨电车的耐撞性能,文章根据EN 15227:2020《铁路车辆的耐撞性要求》,定义了该车型的正碰和斜碰2个碰撞场景,使用Hypermesh和LSDYNA软件建立列车碰撞有限元模型,进行了碰撞仿真计算,从能量吸收、生存空间结构完整性、加... 为了验证某新型有轨电车的耐撞性能,文章根据EN 15227:2020《铁路车辆的耐撞性要求》,定义了该车型的正碰和斜碰2个碰撞场景,使用Hypermesh和LSDYNA软件建立列车碰撞有限元模型,进行了碰撞仿真计算,从能量吸收、生存空间结构完整性、加速度、防爬升等方面对列车耐撞性进行了评估。计算结果表明,该有轨电车的防撞吸能结构能够满足与同类型、同配置列车以25 km/h速度的正碰及与3 t刚性障碍物以25 km/h速度的斜碰,车辆结构不发生破坏,乘员安全得以保证。该方法对新型有轨电车的工况定义、碰撞仿真、耐撞性能评估及车端吸能结构的设计有一定的指导意义。 展开更多
关键词 有轨电车 碰撞场景 耐撞性 仿真
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汽车正面40%重叠碰撞车身修复后耐撞性分析
5
作者 许鹏善 《机械研究与应用》 2025年第1期180-183,共4页
为研究汽车正面40%重叠率撞击下车体主要承力部件的性能指标以及车身修复后的耐撞性,文章联合HyperWorks和LS-DYNA软件建立了整车以64 km/h速度碰撞可变形壁障的有限元模型,并进行仿真计算。依据仿真实验结果,分析碰撞过程中汽车主要承... 为研究汽车正面40%重叠率撞击下车体主要承力部件的性能指标以及车身修复后的耐撞性,文章联合HyperWorks和LS-DYNA软件建立了整车以64 km/h速度碰撞可变形壁障的有限元模型,并进行仿真计算。依据仿真实验结果,分析碰撞过程中汽车主要承力部件的传力路径和冲击能量的吸收。通过对乘员舱各座椅处加速度、前围板侵入量及A柱上部折弯角时间曲线间接分析了车体的耐撞性。再利用ANSYS软件,对碰撞损坏情况下车身主要承力部件修复前后进行模态分析、疲劳分析,得出修复后的疲劳寿命较原始值低,相关结论为车身修复后的结构优化提供理论参考。 展开更多
关键词 汽车安全性 车体耐撞性 40%重叠率碰撞 车身修复 有限元仿真
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多胞薄壁结构优化及结构参数对耐撞性影响分析
6
作者 林启权 刘雯婷 +3 位作者 王凯 董文正 王镇柱 贺礼财 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期60-66,110,共8页
为提高多胞薄壁结构的轴向耐撞性,基于动态拓扑优化得到薄壁结构在轴向冲击下的最优截面构型,设计了一种混合多胞薄壁结构(mixed multicellular thin-walled structure, MMTS)。运用有限元方法,对比了混合多胞薄壁结构与基于经验设计的... 为提高多胞薄壁结构的轴向耐撞性,基于动态拓扑优化得到薄壁结构在轴向冲击下的最优截面构型,设计了一种混合多胞薄壁结构(mixed multicellular thin-walled structure, MMTS)。运用有限元方法,对比了混合多胞薄壁结构与基于经验设计的窗型多胞结构及仿生树状分形结构在轴向冲击下的耐撞性能。为了进一步提高材料利用率,以结构尺寸为设计变量进行多目标优化。在此基础上,对结构进行水平截面一次变壁厚分析,获得耐撞性能随壁厚的变化趋势。研究结果表明:混合多胞薄壁结构相比等质量窗型多胞结构、树状分形结构耐撞性能大幅提高;与初始设计的MMTS相比,优化后比吸能增加了45.78%,质量降低7.14%,吸能过程更平稳。 展开更多
关键词 薄壁结构 轴向耐撞性 动态拓扑优化 多目标优化
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热处理工艺对SLM打印波纹管耐撞性影响
7
作者 姚曙光 余小龙 +2 位作者 黄冲 许平 周亿莉 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1931-1939,共9页
为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐... 为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐撞性的影响。研究结果表明:265℃退火热处理后,波纹管在静压下出现裂纹失效,与未热处理相比,AlSi10Mg合金试样经T6热处理后伸长率由4.7%提升至13.8%,拉伸强度由413.2 MPa降低至135.3 MPa。波纹管压溃力波动范围随伸长率增加而减小。经265℃、2 h退火处理后,波纹管峰值力达到最大为7.11 kN,压溃力波动幅值最大,压溃力效率为65.9%。经T6热处理后,波纹管峰值力降到最小,为4.75 kN,压溃力波动为所有波纹管中最小,吸能量最少,为279.12 J。与T6热处理相比,经295℃、3 h退火热处理后,波纹管平均压溃力达到5.09 kN,提升了16%,吸能量达到最大,为341.24 J,提升了18.5%。为了提升SLM打印的波纹管耐撞击性能,热处理工艺需要在保证伸长率的同时尽量提高材料强度。 展开更多
关键词 波纹管 SLM打印 热处理 耐撞性
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仿枪虾虾螯纵向混合负泊松比结构设计与耐撞性研究
8
作者 杨欣 王瑞祥 +2 位作者 许述财 秦豪毅 宋家锋 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2024年第1期77-86,共10页
为提高汽车安全防护结构耐撞性,以枪虾虾螯(大螯)作为仿生原型,通过生物实验提取虾螯微观结构,设计了24种仿生混合负泊松比吸能结构。以质量比吸能(SEA)、结构平均压溃效率(CFE)、初始峰值载荷(IPF)作为评价结构耐撞性的主要指标,借助... 为提高汽车安全防护结构耐撞性,以枪虾虾螯(大螯)作为仿生原型,通过生物实验提取虾螯微观结构,设计了24种仿生混合负泊松比吸能结构。以质量比吸能(SEA)、结构平均压溃效率(CFE)、初始峰值载荷(IPF)作为评价结构耐撞性的主要指标,借助经过验证的有限元模型对设计结构仿真模拟,经过结果数据分析确定影响结构耐撞性指标的关键参数a(胞元内凹深度),结合实际工况利用加权组合综合评价方法选出最优耐撞性结构。结果显示,当a=6.80 mm时的BCDA型混合结构耐撞性能最优,优化后SEA=3.21 kJ/kg,IPF=8.58 kN,CFE=31.29%。与单一胞元结构相比,优化后混合模型IPF最高降低35.24%,SEA最高提升35.72%,CFE有所下降,最多降低47.20%。 展开更多
关键词 工程仿生学 纵向混合 负泊松比结构 耐撞性
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帽型加筋结构和X型夹层结构耐撞性分析
9
作者 王娜 徐礼军 刘敬喜 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期46-51,共6页
提高船体结构的耐撞性能是开展船舶碰撞研究的主要目之一。一般来说,改善船舶结构耐撞性能主要对传统的船舶加筋板结构进行耐撞性优化设计和采用全新的耐撞结构形式2个途径。为对比耐撞性有效性,采用缩尺模型准静态试验和有限元仿真分... 提高船体结构的耐撞性能是开展船舶碰撞研究的主要目之一。一般来说,改善船舶结构耐撞性能主要对传统的船舶加筋板结构进行耐撞性优化设计和采用全新的耐撞结构形式2个途径。为对比耐撞性有效性,采用缩尺模型准静态试验和有限元仿真分析方法,探讨了传统的船舶加筋板结构与帽型加筋结构的在球形撞头作用下的变形模式和吸能能力。结果表明,帽型加筋结构因其破裂前有较好的撞深,可以提供更好的变形吸能能力。进一步针对舷侧结构采用传统的加筋板结构、帽型加筋结构和X型夹层结构等不同设计方案,开展了有限元仿真分析,对比了不同设计方案下的舷侧结构吸能能力。结果表明,帽型加筋结构和X型夹层结构都具有良好的吸能能力,是理想的吸能单元。采用帽型加筋结构对提高舷侧结构的耐撞性是最经济和有效的,采用X型夹层结构可以使得舷侧结构得到更大的耐撞性提升,分别适用于不同船舶的舷侧结构的耐撞性能改进。 展开更多
关键词 船舶碰撞 耐撞性 帽型加筋结构 X夹层结构
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杨桃启发的仿生星形薄壁结构耐撞性研究 被引量：2
10
作者 孙煜洲 杨卓然 +1 位作者 夏炎 蒋晗 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期40-47,共8页
薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层... 薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层级设计与加强筋配置对星形薄壁结构耐撞性的优化效果。结果表明,星形薄壁结构具有规则的渐进折叠变形机制,其比吸能、压溃力效率等耐撞性能大幅优于常见截面的薄壁结构,具有良好的工程应用潜力。 展开更多
关键词 耐撞性 薄壁结构 能量吸收 有限元仿真 结构仿生学
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一种新的内翻管理论模型及其耐撞性研究 被引量：2
11
作者 张婉琪 尹冠生 +3 位作者 姚如洋 史明辉 韦鹏飞 王建强 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期785-799,共15页
圆管圆角模具内翻作为金属薄壁管的一种变形模式有着良好的吸能特性.现有关于内翻模式的理论模型均假设变形区曲率恒定且很少有关于翻转全过程翻转力的研究.通过试验测试和有限元模拟对6063铝管的内翻过程进行了研究,并结合外翻模式变... 圆管圆角模具内翻作为金属薄壁管的一种变形模式有着良好的吸能特性.现有关于内翻模式的理论模型均假设变形区曲率恒定且很少有关于翻转全过程翻转力的研究.通过试验测试和有限元模拟对6063铝管的内翻过程进行了研究,并结合外翻模式变形特点详细探讨了内翻模式的变形特点.根据试验和有限元结果提出了一种新的描述内翻模式的理论模型,该理论模型在同时考虑了变形区曲率变化和管壁增厚的基础上,对内翻全过程的翻转力也进行了预测,进而可以得到内翻模式总吸能和比吸能的理论结果.通过与前人理论结果和试验结果的对比得到,文章理论结果更吻合试验和有限元结果.最后,根据验证后的理论模型对内翻模式的耐撞性进行了分析讨论,结果表明:存在最优模具半径使得内翻稳态力、总吸能和比吸能最小;增大圆管壁厚可显著提高内翻模式吸能特性;增大圆管半径能提高内翻稳态力和总吸能,但会降低比吸能.新的内翻理论模型为描述内翻变形模式和内翻管作为吸能元件提供了理论依据. 展开更多
关键词 内翻管 理论模型 塑性耗能 耐撞性
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楔形物作用下加筋板结构的耐撞性 被引量：1
12
作者 陈虹廷 赵延杰 +1 位作者 周红雨 王德禹 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1057-1066,共10页
为了预报楔形物偏心垂向准静态压载作用下船舶加筋板结构的抵抗能力,提出了新的简化解析方法,将矩形板的塑性变形区域划分为非对称的8个板块,将骨材划分为非对称的2个部分,矩形板、骨材各部分均采用直线的变形模式,从船舶碰撞内部动力... 为了预报楔形物偏心垂向准静态压载作用下船舶加筋板结构的抵抗能力,提出了新的简化解析方法,将矩形板的塑性变形区域划分为非对称的8个板块,将骨材划分为非对称的2个部分,矩形板、骨材各部分均采用直线的变形模式,从船舶碰撞内部动力学的角度,基于刚塑性理论,考虑膜拉伸作用和弯曲作用,推导了矩形板、骨材在楔形物偏心垂向作用下发生变形损伤的抵抗力与横向变形之间的简化解析计算方法.利用非线性有限元软件Abaqus的仿真计算结果对该简化解析方法进行验证.结果表明,该简化解析方法具有较高的计算精度,从而可用于船体结构设计阶段快速预报船舶舷侧结构的耐撞性能. 展开更多
关键词 结构耐撞性 楔形物 加筋板 简化解析方法
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多胞铝合金薄壁管耐撞性分析与区间优化设计 被引量：1
13
作者 钱立军 俞陆新 +1 位作者 谷先广 梁文宇 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期1323-1333,共11页
铝合金多胞薄壁管轴向压缩在能量吸收方面比普通方形管具有更优的力学性能,在汽车、航空、军事装备以及其他产业应用前景非常广泛。为研究挤压型材6061-T6铝合金材料各向异性特征,在板材上分别沿挤压方向0°、45°、90°取... 铝合金多胞薄壁管轴向压缩在能量吸收方面比普通方形管具有更优的力学性能,在汽车、航空、军事装备以及其他产业应用前景非常广泛。为研究挤压型材6061-T6铝合金材料各向异性特征,在板材上分别沿挤压方向0°、45°、90°取样进行单轴拉伸力学特性试验,获取相应的应力-应变曲线和各向异性特征参数,基于各向异性硬化行为的屈服准则建立材料本构模型。设计口字、日字、目字等构型截面并对管件进行准静态压溃试验,通过对比分析变形-压溃力曲线表明目字型多胞铝合金薄壁结构具有更加优越的耐撞性能。为进一步获得目字型薄壁管最优设计参数,考虑泊松比、弹性模量等材料参数波动对结构耐撞性能产生不确定性影响,建立多胞铝合金薄壁管耐撞性区间不确定性优化模型,采用区间可能度方法将其转化为确定性问题,结合人工神经网络(artificial neural networks,ANNs)模型与交错投影寻踪遗传算法(intergeneration projection genetic algorithm,IP-GA)方法对该问题进行双层嵌套优化,分析不同可能度水平对不确定性优化结果的影响,为不同可靠性优化设计的选择提供指导性意见。 展开更多
关键词 铝合金薄壁管 材料本构 多胞结构 耐撞性 区间优化
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具有3D负泊松比结构填充的新型吸能盒设计与耐撞性研究
14
作者 陆欢 王小鹏 陈天宁 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期188-198,共11页
针对现有吸能盒结构形式单一、缓冲吸能效果有限的问题,在现有研究的基础上,将3D负泊松比结构填充到薄壁圆管中设计一种填充圆管型吸能盒,探索汽车吸能盒结构的新构型设计,改善吸能盒的缓冲吸能性能。首先,建立了3D负泊松比结构填充方... 针对现有吸能盒结构形式单一、缓冲吸能效果有限的问题,在现有研究的基础上,将3D负泊松比结构填充到薄壁圆管中设计一种填充圆管型吸能盒,探索汽车吸能盒结构的新构型设计,改善吸能盒的缓冲吸能性能。首先,建立了3D负泊松比结构填充方管和圆管型吸能盒的几何模型,利用落锤冲击实验对3D打印加工的吸能盒样件进行了低速冲击,并建立了结构的低速冲击有限元模型,研究结果表明,结构的落锤实验结果与低速冲击仿真结果吻合较好,证明了结构低速冲击有限元模型的准确性;随后,基于有限元模型,对比分析了填充型方管、填充型圆管和原始方管吸能盒的耐撞性能,研究发现,相较于原始方管吸能盒和填充方管型吸能盒,填充圆管型吸能盒具有更低的初始峰值力、更高的平均碰撞力,综合耐撞性能更优异;最后,结合响应面方法和NSGA-Ⅱ算法,对填充圆管型吸能盒的耐撞性进行多目标优化,优化结果表明,优化后吸能盒的比吸能提高了14.7%,初始峰值应力降低了18.5%,综合耐撞性能得到了明显改善。该研究为负泊松比结构在汽车吸能盒上的应用探索提供了新的思路。 展开更多
关键词 负泊松比结构 吸能盒 耐撞性 优化设计
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基于Voronoi算法的一种新型多孔夹层结构参数优化和耐撞性研究
15
作者 王帅 孙楠 +1 位作者 陈卓 周开发 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1108-1119,共12页
提高防撞缓冲车(Truck Mounted Attenuators,TMAs)耐撞性成为道路安全防护的重要途径,借助Voronoi算法生成了一种新型多孔结构。首先,通过研究该结构的种子点数n、孔隙率ρ和不规则度α对结构几何拓扑影响关系,建立了材料比吸能与三个... 提高防撞缓冲车(Truck Mounted Attenuators,TMAs)耐撞性成为道路安全防护的重要途径,借助Voronoi算法生成了一种新型多孔结构。首先,通过研究该结构的种子点数n、孔隙率ρ和不规则度α对结构几何拓扑影响关系,建立了材料比吸能与三个参数之间的数学模型。然后,借助有限元方法分析了新结构的能量吸收,证实了该数学模型的可靠性,利用正交试验确定最优结构参数。最后,将新型多孔结构作为夹层填充到TMAs防撞缓冲车中,探究了正碰、侧碰和斜碰三种工况下车辆耐撞性。研究发现,新型多孔结构能够有效降低峰值碰撞力,能量吸收性能远远超过传统TMAs和圆筒夹层TMAs,能够有效保护被撞车辆和驾驶人员安全。 展开更多
关键词 Voronoi算法 多孔结构 夹层结构 参数优化 耐撞性
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通过嵌合管来增强负Poisson比结构的耐撞性能
16
作者 周建中 聂冰冰 +3 位作者 孙会明 黄健 王良模 高强 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期329-336,共8页
为了提高结构耐撞性,从而实现车辆轻量化,提出了一种嵌合管(由薄壁方形管嵌入双箭头格子而组成的)具有负Poisson比的增强型结构。通过负Poisson比的收缩效应,来增强负Poisson比结构和嵌合管的耦合作用。建立了增强型结构的有限元模型,... 为了提高结构耐撞性,从而实现车辆轻量化,提出了一种嵌合管(由薄壁方形管嵌入双箭头格子而组成的)具有负Poisson比的增强型结构。通过负Poisson比的收缩效应,来增强负Poisson比结构和嵌合管的耦合作用。建立了增强型结构的有限元模型,并通过压缩试验,来验证其准确性;通过数值方法,在轴向载荷下,比较双箭头点阵结构、结构填充管和嵌合管负Poisson比增强型结构的耐撞性能,并进行了参数分析。结果表明:与双箭头点阵结构和填充管结构相比,增强型结构的总吸收能量为1.12 MJ,提升了约40%;比吸能13.2 kJ/kg,提升了约30%;短梁的夹角70°、长梁的夹角40°、长梁厚度1.4~1.6 mm、短梁厚度1.2 mm的结构填充管结构,具有较大的比吸能和较小的碰撞峰值力;增加嵌管厚度显著提升耐撞性能,但结构质量急剧增加,嵌管厚度达到1.2 mm左右时,兼顾耐撞性和轻量化的需求。 展开更多
关键词 汽车被动安全 车辆轻量化 结构耐撞性 负Poisson比 薄壁管
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电力机车底架前端结构耐撞性拓扑优化研究
17
作者 谷鹏 齐红瑞 +3 位作者 朱涛 肖守讷 张敬科 王小瑞 《机车电传动》 2024年第1期31-38,共8页
为提高电力机车碰撞安全性,文章以某型电力机车车体为研究对象,对底架前端部位开展耐撞性动态拓扑优化研究。首先,建立电力机车有限元模型,通过基于混合元胞自动机法的动态拓扑优化分析得到底架能量流动的主要路径;然后,结合电力机车车... 为提高电力机车碰撞安全性,文章以某型电力机车车体为研究对象,对底架前端部位开展耐撞性动态拓扑优化研究。首先,建立电力机车有限元模型,通过基于混合元胞自动机法的动态拓扑优化分析得到底架能量流动的主要路径;然后,结合电力机车车体结构特点,对底架前端结构进行优化设计与铝蜂窝吸能材料填充;最后,将优化前后的有限元模型进行碰撞仿真计算对比。研究结果表明:优化后的车体碰撞峰值加速度为402.56 m/s^(2),较优化前的车体碰撞峰值加速度663.04 m/s^(2)降低了39.29%,优化后碰撞峰值界面力比优化前降低35.71%,验证了机车耐撞性结构拓扑优化设计的合理性与有效性,提升了该型机车的耐撞性能。 展开更多
关键词 电力机车 机车耐撞性 动态拓扑优化 混合元胞自动机法 铝蜂窝
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波纹方管吸能盒的耐撞性分析与参数优化 被引量：1
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作者 石恒鹏 莫秋云 +3 位作者 庞毅 李志扬 姜玉秀 余健辉 《农业装备与车辆工程》 2024年第6期65-70,共6页
为提升汽车吸能盒在轴向冲击下的耐撞性,首先在传统方管吸能盒中引入波纹结构设计了3种波纹方管吸能盒,以传统方管吸能盒与波纹方管吸能盒的耐撞性分析来获得结构参数对波纹方管吸能盒吸能性能的影响规律。然后选取全边波纹方管吸能盒... 为提升汽车吸能盒在轴向冲击下的耐撞性,首先在传统方管吸能盒中引入波纹结构设计了3种波纹方管吸能盒,以传统方管吸能盒与波纹方管吸能盒的耐撞性分析来获得结构参数对波纹方管吸能盒吸能性能的影响规律。然后选取全边波纹方管吸能盒的波纹幅值、数量、厚度和材料为设计变量,以最大化比吸能、最小化峰值压溃力为优化目标,进行多目标优化。结果表明,优化后的全边波纹方管吸能盒较传统方管吸能盒的比吸能上升168.1%,峰值压溃力下降85.5%,优化效果显著。 展开更多
关键词 吸能盒 耐撞性 波纹 多目标优化 被动安全
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仿生类弧形层级蜂窝结构的耐撞性研究
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作者 李响 李宁创 +2 位作者 孙爽 付君健 文康 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第19期63-70,共8页
蜂窝结构是目前应用最广泛的吸能结构之一,以益母草根茎、四方竹及蛛网为仿生原型,仿生设计一种类弧形层级蜂窝结构。采用简化超折叠单元理论推导出仿生类弧形层级蜂窝结构在轴向冲击载荷下平均碰撞力的解析值,通过数值模拟的方法验证... 蜂窝结构是目前应用最广泛的吸能结构之一,以益母草根茎、四方竹及蛛网为仿生原型,仿生设计一种类弧形层级蜂窝结构。采用简化超折叠单元理论推导出仿生类弧形层级蜂窝结构在轴向冲击载荷下平均碰撞力的解析值,通过数值模拟的方法验证了理论值的准确性,分析了层级数量与尺寸参数对结构耐撞性的影响。研究结果表明,增加层级数量可以有效降低类弧形蜂窝结构的峰值碰撞力,同时也可大幅度提高结构的平均碰撞力,1级与2级结构的平均碰撞力相比0级提升明显,分别提高了25.46%和29.98%;增加壁厚与壁长可以明显改善结构的耐撞性,其中,壁厚对结构平均碰撞力和比吸能的影响更加显著。 展开更多
关键词 类弧形蜂窝 仿生 层级 轴向压缩 耐撞性
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仿生层级薄壁方管耐撞性数值分析及优化
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作者 徐飞 秦睿贤 陈秉智 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期618-625,共8页
为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统... 为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统多胞薄壁方管轴向吸能特性,研究了结构参数对BHST4-2结构耐撞性的影响。结果表明,理论预测与数值模拟结果吻合,相对误差均在7%以内。BHST具有优异的耐撞性。与二阶方管边长相比,壁厚对BHST4-2结构的耐撞性影响更显著。采用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)模型和遗传算法对BHST4-2结构进行了多目标优化,得到了结构最优参数。研究结果为设计具有优异吸能特性的薄壁方管提供了新思路。 展开更多
关键词 仿生层级薄壁方管 超折叠单元理论 参数分析 耐撞性 多目标优化
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