金属空心球复合材料重力铸造工艺研究

基于对金属空心球复合材料的结构分析,采用金属型重力铸造法制备金属空心球复合材料。介绍了金属空心球复合材料金属型重力铸造工艺流程,并设计了一种成本低廉、简易成型、且能多次使用的金属型模具,且对金属空心球复合材料进行了实验试制及材料验证。结果表明,采用金属型重力铸造法能够制备出孔壁结构完整且孔洞随机分布的金属空心球复合材料,能实现空心球单一设计与梯度设计;金属空心球复合材料基体与空心球壁组织较为致密,且形成了厚度为25~30μm的界面层;金属空心球复合材料的应力-应变曲线具有明显的弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段,且采用空心球梯度设计的金属空心球复合材料相较于空心球单一设计的金属空心球复合材料,其基本力学性能有明显的提升。最后,与传统的闭孔泡沫铝材料进行了对比分析,金属空心球复合材料整体稳定性更高,吸能效果更强。

热塑性纤维金属层板抗冲击性能研究与优化

为研究热塑性纤维金属层板的抗冲击性能,通过拉伸实验测量所用复合材料力学性能,为有限元仿真建模提供材料参数。采用2024-T3铝合金与玻璃纤维增强改性聚酰胺6复合材料预浸料制备正交铺层热塑性纤维金属层板,并对其进行落锤低速冲击实验。利用LS-DYNA建立数值仿真模型并计算,仿真结果与实验结果误差在10%以内,证明建模方法与材料参数的准确性。针对每层铝板厚度与复合材料铺层层数,选取碰撞峰值力PCF、等厚度吸能量TEA和层合板质量M为目标函数,对纤维金属层板进行多目标优化设计。结果表明:优化后纤维金属层板抗冲击性能与轻量化指标均得到有效提升,为工程实际应用提供参考。

弧形双箭头蜂窝面内压缩性能试验与仿真

蜂窝结构作为一种仿生材料,在抗冲击吸能、轻量化等多个领域优势显著,得到了广泛研究。其中,双箭头蜂窝(Double-Arrow Honeycomb,DAH)在压缩载荷下较六边形蜂窝的平台应力更高,吸能性更好。为了进一步提升DAH的比吸能(Specific Energy Absorption,SEA),文中通过引入双弧形边代替DAH原有直边,提出一种弧形双箭头蜂窝(Circular Double-Arrow Honeycomb,CDAH),采用3D打印制备了CDAH样件并进行了准静态压缩试验;同时,基于有限元软件建立了CDAH的数值仿真模型,通过与试验结果的对比验证了模型的准确性;利用冲击波理论推导了CDAH的临界冲击速度,并结合验证后的数值模型研究了面内不同冲击速度下CDAH的动态响应。试验和仿真结果均表明:与DAH相比,CDAH的平台应力更高,比吸能也更大。其中,当应变达到0.6时,CDAH的SEA相较于DAH提升了71%,并且在中高速冲击下呈现明显的倒“V”和倒“U”形变形带,显示出良好的负泊松比特性;随着冲击速度提高,CDAH的平台应力与比吸能均显著提升,100 m/s下的平台应力是5 m/s下的3倍,这有助于CDAH在高速抗冲击防护中应用。

车用动力电池箱夹芯防护结构抗冲击性能仿真

针对车用动力电池箱底部冲击防护需求,提出三种具有不同芯层构型的夹芯板结构,并对其防护性能进行了数值仿真和量化分析对比。首先,建立了动力电池箱系统典型冲击工况有限元模型,仿真获得了采用均质底板的电池箱系统动态冲击响应并揭示了结构的变形吸能机理;其次,设计了以空心圆管、BRAS结构和叠层仿生鳞片为芯层的电池箱底部夹芯防护结构;进而,以电池轴向压缩量和最大轴向压缩比、防护效果参数和结构总吸能为评价指标,仿真分析了三种夹芯板的抗冲击防护性能,并与均质防护板进行了对比。最终结果表明,BRAS夹芯板具有最佳的抗冲击性能,可用于动力电池箱系统底部防护。

汽车物流器具随机振动损伤与疲劳寿命预测研究

汽车零部件产品常被采用堆垛形式的物流器具运输以避免损伤。应用随机振动试验方法,分析三种不同振动等级下,堆垛型钢质物流器具的振动损伤;基于物流器具—装载物—夹具相互作用关系,建立了全景天窗运输器具的有限元模型,研究了平稳高斯随机振动下该器具的疲劳响应,获得关键位置变形和等效应力,预测器具的疲劳寿命。研究结果表明:有限元分析得到的共振频率与随机振动试验结果相差3.4%;器具振动响应主要受低阶共振频率影响,最大应力集中在堆垛柱与托盘连接处;上层装载物响应加速度1.42g明显大于下层0.79g,而同处于上层的装载物响应加速度差别小于1.7%;上下层堆垛柱响应加速度分别为0.82g和0.79g,差别不明显。上述方法可模拟运输过程中汽车物流器具振动疲劳及装载物易损点,为汽车物流器具设计提供参考。

内凹弧形蜂窝夹芯板低速弹道冲击试验与数值仿真

面向弹道冲击防护,设计制备了1060铝合金材质的内凹弧形(re-entrant circular,REC)和传统内凹(re-entrant,RE)六边形蜂窝夹芯板。采用钢质圆柱弹低速冲击试验结合有限元数值仿真,研究对比了两类蜂窝夹芯板的低速弹道冲击动态响应与防护性能。进而,利用经验证的有限元模型,仿真分析着靶速度对两类蜂窝夹芯板的低速弹道冲击最大永久压缩量、局部泊松比值和各部件吸能占比的影响。最后,分析了REC蜂窝胞元的圆弧胞壁半径、胞元长度等结构参数对夹芯板低速弹道冲击响应的影响。结果表明:相比RE蜂窝,REC蜂窝夹芯板在相同弹道冲击载荷下最大永久压缩量更小,抗弹性能更优,并且低速下优势更显著;随着胞元长度和圆弧胞壁半径减小,REC蜂窝夹芯板的抗弹性能可进一步提升。

GLARE层板热态气压成形工艺参数影响规律研究

以玻璃纤维增强金属层合板(GLARE)为对象,研究单曲率GLARE层板的热态气压成形性能。分别针对热固性和热塑性树脂基GLARE层板,以成形试件的壁厚分布和成形深度为表征参数,试验探究了温度和压强2个关键工艺参数对不同树脂基体GLARE层板热态气压成形性能的影响机理和规律。结果表明:成形温度过高会使得2类树脂均发生分解失效,导致层板出现分层、破裂等缺陷;高温下熔融状态树脂的流动性增加,上下层板的挤压使其沿径向向外流动,使得试件中心厚度减小;同时,压边圈的压力作用引发树脂堆积,使得圆角区域层板厚度增加。温度为110~140℃时,热固性树脂基GLARE层板成形质量良好,试件贴合模具的最低压强为4 MPa;温度在170~200℃区间内时,热塑性树脂基GLARE层板成形质量最优,试件贴合模具的最低压强为3 MPa。

面向实战化的某型北斗设备高性能天线罩设计

为了提高新型北斗装备应对恶劣作战环境的能力,及应对第三代北斗卫星导航系统新信号体制接收需求,设计了某型设备的高性能防弹天线罩,天线罩具备一定的抗毁伤能力,同时兼具某些频段优异的电磁波透波性能。从应用需求、材料、电磁、力学等方面解析了天线罩的全设计流程,通过理论、仿真及试验等多维技术手段验证了设计方案的可行性,并实现了该型防弹天线罩的实战化应用。

锥形多胞薄壁管斜向冲击吸能特性仿真研究

采用有限元仿真,以比能量吸收和冲击峰值力为评价指标,研究一种轴对称锥形多胞薄壁方管在不同冲击角度下的失效模式和吸能特性,分析了包括长径比、壁厚和锥度在内的结构参数对其斜向冲击吸能特性的影响,并拟合出可用于斜向冲击下比能量吸收和冲击峰值力预测的解析公式。结果表明,锥形多胞薄壁管在斜向冲击下的吸能特性明显优于其他类似薄壁吸能结构;结构参数对其吸能特性影响明显;拟合得到的解析公式为此类结构优化设计提供参考和依据,并有利于工程实际应用。

梯度铝泡沫夹层结构抗爆性能仿真与优化

采用动力显式有限元方法,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,研究了铝合金面板—梯度铝泡沫芯体—装甲钢背板夹层结构的抗爆性能。分析了芯体密度梯度排布对结构抗爆性能的影响,并与均匀密度铝泡沫夹层板进行了对比。同时,基于径向基函数建立了夹层结构抗爆性能预测响应面模型,在此基础上对夹层结构进行了多目标优化设计。结果表明,铝泡沫芯体相对密度排布顺序对夹层结构抗爆性影响明显;具有最佳芯体密度梯度排布的铝泡沫夹层结构的抗爆性能明显优于等质量的均匀密度铝泡沫夹层结构;多目标优化可进一步提高梯度铝泡沫夹层结构的综合抗爆性能。

负泊松比安全带织带乘员碰撞保护性能的FE仿真

为减轻汽车碰撞事故中安全带可能造成的乘员伤害,提出了具有负泊松比(NPR)特性的安全带织带的概念。建立了包含人体胸部简化模型的织带性能仿真有限元模型。对比了NPR织带与传统织带的乘员保护效能;研究了泊松比、摩擦因数对NPR织带保护效能的影响;Madymo假人碰撞仿真,验证了NPR织带的有效性。结果表明:与传统织带相比,NPR织带能有效减小乘员胸部压缩变形量;泊松比越小,保护效能越佳;而胸部与织带间的摩擦不利于NPR织带保护效能的发挥。

考虑气动阻力和横风稳定的汽车车身多目标优化设计

综合考虑了气动阻力特性和横风稳定性,对车身外形参数进行了多目标自动优化设计。综合利用参数化建模技术、计算流体力学(CFD)仿真、试验设计方法、响应面模型和智能优化算法,集成Pro/Engineer参数化建模和ICEM网格划分工具以及Fluent仿真软件,在多学科优化平台modeFRONTIER上,搭建了一种自动优化设计流程。利用该流程,基于遗传算法(GA)对MIRA快背式模型车身几何外形进行了改型设计,得到了考虑车身气动阻力特性和横风稳定性的最优权衡设计解集。该结果使得气动阻力因数降低了5.2%,侧向力因数降低了5.8%。因而,实现了车身气动阻力和横风稳定性的多目标优化。

金字塔型点阵材料夹芯板抗爆性能仿真与优化

金属点阵材料夹芯板因其轻质、高比强度、高比刚度以及多功能和良好的可设计性等优势在工程防护领域应用潜力巨大。基于动力显式有限元法,仿真研究了金字塔型金属点阵材料夹芯板在爆炸载荷下的动态响应,并进行了针对其抗爆性能的多目标优化;建立了包含实体单元芯体的夹芯板详细有限元模型,并提出了采用梁单元芯体的简化模型;通过与文献实验结果对比验证了模型的有效性和准确性;在此基础上,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,采用单一变量法分析了芯体关键几何参数对夹芯板抗爆性能的影响;以关键几何参数为变量,利用响应面模型和遗传算法对夹芯板进行了抗爆性能多目标优化;并考虑爆炸当量不确定性,完成了夹芯板抗爆性能可靠性优化。结果表明,梁单元芯体简化模型可大幅度提高仿真计算效率,为夹芯板抗爆性能优化提供便利;芯体关键几何参数对金字塔型点阵夹芯板抗爆性能影响很大;多目标优化和可靠性优化能够提高金字塔型点阵夹芯板的综合抗爆性能和可靠性。

两级式半主动磁流变抗冲击座椅悬架系统设计与仿真

为在爆炸冲击下保护特种车辆内乘员安全,利用自建的四自由度集中参数人体模型,提出了一种两级式半主动抗冲击软着陆控制座椅概念设计。通过垂向冲击动力学仿真,验证了模型的有效性;基于磁流变阻尼器Hysteretic模型,建立了阻尼器力学模型;通过振动测试台,辨识了阻尼器力学模型相关系数;用自建的两级式半主动座椅悬架系统仿真模型,研究了抗冲击座椅的抗冲击和减振性能。结果表明:相比原有设计,本文座椅可使乘员头部加速度峰值降低42.5%;使最大有效幅值传递率下降了19.4%。从而,提高了舒适性,降低了乘员头部损伤风险,满足抗爆性能要求。

研究生“现代汽车设计方法”课程建设探索

"现代汽车设计方法"课程是车辆工程专业博士研究生和硕士研究生的专业必修课,做好课程建设和改革对于落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》,为中国汽车工业培养优秀的技术人才有着重要意义。在汽车工业国际化的背景下,本门课程改革为紧跟汽车技术发展的双语课程,并从教学内容、教学手段到评价体系做了全方位的完善。从实践效果看,该双语课程收到了很好的效果,学生反响强烈,有效地提升了研究生的学习兴趣和动力,明确了学习方向,增强了投身国家汽车工业的信心。

热塑性玻纤增强材料复合金属层板热态气胀成形技术研究

纤维金属层板(Fiber Metal Laminates,FMLs)传统成形方法难以成形复杂曲面构件,限制了其在汽车行业的应用。为提高FMLs成形能力,提出了一种直接采用模具加热预堆叠层板的热态气胀成形方法。首先通过力学性能试验探究了热塑性FMLs中材料铺层参数对力学性能影响,随后结合试验和仿真探究了热态气胀成形方法制备FMLs曲率构件过程中工艺参数对成形效果的影响,研究显示纤维参数决定了FMLs损伤容限,PA6树脂基FMLs成形工艺温度窗口为230~250℃,成形所需最低压强为3 MPa。研究结果表明利用热态气胀成形方法可成功制备热塑性FMLs曲率构件,温度和压强是决定成形效果的关键因素。

热塑性纤维金属层板的抗低速冲击性能

研究热塑性纤维金属层板(TFMLs)抗低速冲击性能,可为实际结构设计提供参考。采用2024-T3铝合金、连续玻璃纤维增强改性聚酰胺6单向带和聚乙烯胶膜制备TFMLs3/2。对不同铺层角度样件进行122 J落锤低速冲击试验。基于动力学分析软件LS-DYNA建立TFMLs低速冲击有限元仿真模型,仿真与试验结果对比误差控制在10%以内。结果表明:单向铺层样件出现脆性断裂,正交铺层样件仅发生塑性变形,未产生裂纹;冲击器形状与纤维铺层角度对TFMLs低速冲击响应有重要影响;尖头冲击器冲击时碰撞峰值力相较于平头冲击降低46.5%。正交铺层时内部损伤面积最小,相较于斜向铺层降低53.5%。

汽车全日制硕士专业学位研究生培养探索

以教育部颁布的《关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见》为指导思想,做好我校汽车专业学位硕士研究生培养方案改革,对培养具有坚实理论基础和技术应用能力的优秀硕士研究生具有重要的意义。该方案从课程体系改革到教学内容和方法改革,从指导方向和方式改革到评价体系的改革,全面深入地建立了我校汽车专业学位研究生的培养体系。通过这一系列的举措,加深了学生对知识的理解和感悟,提高了学生将知识应用于实践的能力,坚定了学生投身国家汽车工业的兴趣和决心,促进了学生和企业的互动,提升了毕业生的就业率和学校的生源质量,加快了毕业生融入企业技术团队的进度,为中国汽车工业的进步储备了人才。

蹄—鼓式制动器热弹性耦合有限元分析

首先探讨蹄—鼓式汽车制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性动力学问题及其分析方法 ,包括摩擦生热模型、多物理场中的弹性体有限元模型、接触问题模型的建立方法以及相应的数值分析方法。然后 ,利用有限元分析软件ADI NA建立一种新型蹄—鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型 ,确定对模型求解的位移边界条件和热边界条件 ,设定材料物性参数、加载过程及模拟工况 ,探讨进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程 ,通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动鼓瞬态温度场、应力场。

金属空心球梯度泡沫结构抗冲击特性仿真与优化

基于有限元方法,研究不同冲击速度下面心立方排布的金属空心球(FCC-MHS)梯度泡沫结构的缓冲吸能特性.以比吸能和远端应力为目标对象,分析梯度排列次序和梯度数对结构抗冲击性能的影响.采用径向基函数方法构建FCC-MHS梯度泡沫冲击代理模型且进行多目标优化.结果显示,在冲击波效应不明显时,梯度排列次序和梯度数对FCC-MHS泡沫抗冲击性能影响有限,FCC-MHS梯度泡沫的抗冲击性能与均质FCC-MHS泡沫接近;在波效应明显的冲击速度下,梯度数多且呈负梯度排列的FCC-MHS泡沫抗冲击性能最优.优化设计能使FCCMHS泡沫的抗冲击性能更优.